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熱力学とは
半分地は今回から全2回でですね 高校物理の熱劇薬を前半やっていきたいとおもいます
ではまず始めに熱力学とはどんな重要なのかお話しましょう
[拍手]
はい熱や仕事のやり取りによる物質の状態変化を扱う理論と
もちろん注目してほしいのは熱力学という言うぐらいだから 熱ですねこの熱という一見抽象的な概念をうまく里道に取り入れたものが熱力学って
やつです そしてこの熱意客の魅力っていうのはある程度 大きな物質まあこういうのを物理ではよく巨視的って言うんですが挙手的な物体に対し
て本当にもなんでもない立つようなところがスゴイんですが こと高校物理に関してはその星の状態
3つありますね基本的なものが来た液体気体そのうち機体のみを扱っていくことになり
ます
はい高校物理では基本的に容器に入れられた一台のみを扱うとこの容器に入れられた
機体というのはどういう状況の中っての一つにしてみましょう
はいまず良き書きます この要求の中に期待な分子が入っているという
どれくらい入って言うかというとこれぐらい入っている
はい n 守るだけ入ってますこれ科学と同じように莫大な数を扱うのでふつう子って
単位では数えませんなので守るで数えましょうパイン n 守るだけ入ってるとそして高校物理の範囲ではですね
この腰筋入れられた機体な分子って途中で数変わったりはほとんどしませんなので通常
固定と書いておきます ます
腕のでまあ一つの問題の中で決まった n ボルっていう個数の期待を扱う問題が出てくると
そして今この容器に入れられたてたら文士たちがいるんですが じゃあ今から何に注目して物流やペコー
て考えるとですねまぁ普通は今までの勉強だと力学とかでは 届けたいのじゃ は分子の1個4個の運動考えようとなるわけですあらですね追記開ければそういった
ことは一切しません なぜならですねぇーしっかりとした理由があってそもそも 熱力学っていう学問はめちゃくちゃ古くてですね
なんならその原資とか分子の存在がまだ確立されてない頃から完成されて学問なんです
ねっ だからもちろんこのいっ こういうこの気体の分子の運動なんて考えることはありません
じゃあ代わりに何注文するかというとこういうまあよくわからなかった当時はもう見る こともできなかった
その小さい文士たちの動きに注目するんじゃなくてもっと大きいもの さっきも言ったような挙手的なものに注目して物流ってことになりますこれがですね
つり p アップの キーワード挙手的です
ミクロな小さいもの美酒的なものじゃなくて マクロで大きい挙手的なものに注目して物理をつくっていくそれがね釣りフィアット
じゃあこの容器に入れられた期待の何に注目するんでしょうかど 3つあります
はい圧力大石ポンドと圧力大石温度そして通常 記号は圧力が p 体積が v 温度が t ですこれは英語のプレッシャーの頭文字
ボリュームの頭文字温度のことを英語でテンパーちゃってるんですが店パートの歌詞で も0 t とっていますそっちそれぞれ単位は圧力パスか大石
l そして温度ワーコレケルビン絶対温度使えます
絶対を乗って自分たちがよく使っているがのセルシウス温度 この敷いて書くような温度に a
数字で273爪いたしたものですねこれが絶対温度ケビンてやつで
普通はこのセルシウス温度使いません熱駅アップで絶対を乗っている単位がケビンの
ものを使っていくとはい そしてですねこの段階で少しだけ補足しておくんですが難しい感じると思います
とりあえずなんか聞いてください この注目する3つのモノ圧力大石温度
こいつら これですねあの本当に3つとも自由な数値を取れる訳じゃありませんどういうことかと
いうと
はい独立ではなく二つ目たら残りの一つが決まるともう少し難しい言葉を使ってるん
ですが 要するにどういうことかというと例えば圧力と温度ある値に決めたときにそれに応じた
大石というのが決まるとか または大石とか音頭何か決めたら固定したらそれに応じて圧力が決まるという関係に
あると言ってます本当に3つがミストも自由な数値を取れるわけじゃないとこれの話は 次に話す話を聞いてくればですねもう少し理解がしやすくなる思いますが今の段階で何
となく知っておりまさにこいつ はいそしてですねまぁこの熱冷却の授業を進めていくわけなんですが最初に言っておく
とですね 自分はこの熱力学は実は専門分野です結構あの高校仏滅理気薬ってあまり面白くないと
感じる人が多いんですがまあそれはですね 半分仕方ない熱力学の一番面白いとかには高校物理ではあまり文
混まないあるいはまあ その特徴は特徴せないあの特別なケースしかも扱わないからなかなかね
その何でも使えるバンドな理論ってイメージが無いんですがね釣り客て額も時代がです ねめちゃくちゃ面白いですまじゃなきゃセンボンヤリしないから何かやっぱすごい
かっていうと少しね外れるんですがさっき言ったように熱力也来て学問自体はですね
さ 間したか分子の存在がまだ確立する前からできていたやつだと だからまあいい形を変えたら別にあのミクロな物理法則こいつら本当にどうやって動い
ているとかまったくわからなくても理論として新しいわけです で何かその自然界の現象を解き明かそうとする時に本当に小さいところ何が起こってる
かわかんない思ってたくさんあるわけない ですね例えば自分がやつた例でいうとその生物とかなんてまさにそうでミクロなほんと
何が起こっているかまぁすごく難しいけどもこういう巨視的な大きいのに注目して物理
はすることができるとそういうですね魅力があるわけです そういうミクロなーらが小さいほど怒ってる凄く難しい物理法則に左右されずに
女子的にまあその莫大な経験からできた もうその本当に見えるぐらいのもの見えて図るようなものだけで物理をうまく作ってる
とそれが熱意客の魅力なわけです なのでまぁなるべくですね自分が鮮明なので雨ず力学が偉大になることなくですね
楽しいと思えるような状態で勉強ですね おいてもらうために結構ですね別に客だけ熱量を持ってですね伝えていくので約束が
ありますあまり引かないでくださいではですね 次の話しましょうどんな話をするかというとなぜ高校物理とかあれば期待にね限定し的
に行っていくのかと常にはしっかりとした理由がありますそれはですね 次に話す奴が便利すぎ
からです次に行きましょう
理想気体
では理想気体というものの話
はいこれがどういうものかというと次の特徴を持つ奴の事です
[拍手] はい分子間力はなく分子の体積が0な機体のことと普通分子と分子の間には
と分子間力てはいる陰力が働いててそしてもちろん分子の大性もゼロじゃないわけなん ですが
ただこの理想気体と奴は分子間力がまったくなくて 文書対しが0な機体のことだからもちろんこんなものはないかそう
的な存在なんですけどあの 自分たちの本当に身のまわりにある機体鯉の泳ぐ理想気体とまぁ比較して実在気体って
言うんですが実在気体もですね ほとんどの場合自分たちが住んだような環境ではかなりですねこれに近い理想気体に
近い振る舞いを示しますなぜならその 分子間力が本当にないわけじゃないけれどもその額の分子が
存在するええまあ空間がすごく広くて気体の分子と分子の間が大きいと平均的にそして
行く高速で動いてので分子間力の影響が無視できたりとかあるいは今言ったように広い
スペースの中で機体のぶー子の時代の大きさというのはまあ普通無視できるねと
だからケッ これに近い状況成り立っているわけですなのでふつう自分たちの身の回りで起きている
ことも理想ぴたいですねほとんどその近似的に考えることができると なのですごく言うようなやつですはいで理想ギターに関して次の方程式ない立ちます
それが情大法弟子というもの
はい理想気体の状態方程式それが pv = nrt です
なんかに聞いてその耳馴染みっていう馬鹿なけど日本語が耳に馴染んだがいいところで
もっかいますね pv い恒例のアルティもっかいます pv 恒例の rt というのは
a 理想気体についてない立つ方程式ですともちろん t は圧力 v は大石そしての
アップ質量そして t は温度です なので自分たちが知らない文字は r だけだと思いますつあるだけ
この r て何かというと r は気体定数言われる定数です
定数なのですもその数字決まっています気体定数 r っていうのは
だいたいこれくらいの値
8.31かける中の惨状単位が飛鳥4リッターパー守るケルビンとなるほどこの大
覚えるんだって思っ思ってしまうしかいいかもしれませんがもちろん今なら覚えません この方程式が成り立つと分かっていればすぐに単位わかりますこれ nt で要件は
って上げて nt 分の pv が r になるとでこれ2位のシティへ=だ
釣れた時はもちろん両方その左辺右辺の単位が等しいので気体定数あるたいしたかっ
たらこっちがを見ますだから分子に pa l があって分母にムルとケルビンがあるから
pa l ファーボールケルビンてのが機体ペースのか 皆と別れたんでその数字は8.31かける中の惨状と約それで決まっています
もよく科学の方ではこの単位に抑えるんですがあまり物理で
その pa とかっていうのは見たくない人もですね中にはいますまあいい形が少し
難しいんですが だからもっとね物理っぽい体に書き換えて示されることもあると
でこの pa と l 日で考えてみるとパスカルと l まず l ってやつをじゃあよく物理で使うメートル伊能しないと思いますメイト
にで 混雑に書いちゃうけれども l をメートルに直すともちろんあの
m3に直接なるわけじゃなくて 10のマイナスの惨状 m3になりますなぜなら l っていうのは10センチ10
センチ10センチなので メートル換算すると中のマイナス参上一歩メートルになると
でだから10のマイナスの惨状のパスカルの立方メートルとこれ同じなわけで
で pa って圧力の単位で圧力に面積かけたら力でした
なので pa と a 4メートル使ってこれで力
にしてかけるメートル力かける距離になってますと でこれ力が大ばニュートンでニュートン2メートルというのはいわゆる
力と移動距離の掛け算で仕事と同じ単位になっていると だから実はこれって
ジュールですねだから pa かけ l って実は10-1エスの参上
ジュールに変換できます なのでそれに直しておくとこの数字自体は10万 s 三重嶽掛け算されるから
これは2位定数 r っていうのはジュールで 大会てあげたら
8.31でおしまいで単位がジュールパー守る警備員と
はいこんな風により物理っぽいたいんで書くこともできるよと まあよくですね入試問題では物理の時にはこっちの音数字が示されることが多くて
で化け学科学の方ではこっちの音数字が示されることが多いです 定数は定数でももちろんね単位が変わったら数字が変わるので気を付けて下さい
上のやつは pa l やつを使っている阻止 手下2月はそれをですね中の mice の3乗ってしっかりはそれにつけて十分に
変わってる奴だとそれをハープしておいてください さてではですね中道で話していきたいんですが
p とか v とか t がこんな式で結ばれていると今 n とか r バー2固定
まあその n が固定されて 液体定数がも定数だからこれで変わるのはピートビート t なわけですが
ピート v と t が今なしで結ばれているとだからさっき言ったようにこの式を見 てもですね
その p とビート t わぁ完全に独立そのお互いがわらわらに決められるわけじゃ
なくて完全にバラバラ近来わけじゃなくて 2つ例えばピート t を決めたらもうそれに対応する v 決まっちゃうでしょうと
かあるいは ピートば v 決めたらも n も r もね その決められた数字だから t がもそれ一つで決まってしまうというふうに独立じゃ
ないことがね この式を見てもエコノシイからもですね読み取れると思いますはい
でまぁこれがすごく大事なんですが そして第二かつですね理想みたいについてもこれだけ知ってほしいことなんですけど
1丁ですね教科書とかね紹介されている法則がんどで名前だけで名前だけしてください
次のやつ
次の式の名前だけ知っておくことをまず一つ目がボイルの法則というやつ
これはほんなやつです
はい tv コール一定とでそのえっと条件は t が入ってこれ何を言っているかというとちょっと市が短い
デートっ 何を言っているかと言うと温度を一定に保ったまま色々
p とか部位を変えていっても p かける v の値は常に一定ですよと言っている
のがボイルの法則です であのこれをね必死に覚えようとする人がいるんですが 自分たちは理想気体の状態方程式を知っているのでこれをしては
ですねこの式は当然に見えてくると思いますなぜならたとえばここに書きますが pv
高齢なるって言ってやって一定な桜にそもそも数が変わらないものにですねじゃあ黄色
でまるしていきます n はあ2容器に入れられた機体で流出が逃げることかなければ
もうこれは決まった値を取ると そして気体定数サーモ決められた定数です
これは期待なしによらずに常に決められた 通知を取りますだからこういう風になっている
常に状態方程式ってここは一定で t とが v とか t が変わっていく
状況になっていますそして今は温度は買えないで ピートな v 買えるのでこの右辺が全部ですね一定になります数が変わりません
ほんと何か数字を入れたらずっと変わらないするうちになってると だから例えば差の状況で圧力書いて言ったらもうそれに応じて部位が決まっていきます
逆に vo 書いていたそれに応じて p が変わっていきますただそのかけ座の結果は絶対に
変わっちゃいけないよねだんだから p かけ v はどんだけピートが v 書いても温度が一定な状況でそれをやってる
んだったら 常に同じ値になりますよって言ってるのがボイルの法則ですこれ状態方程式みれば
当たり前でしょとこれを必ずなった してくださいこれは新しく覚えた戦略て状態方程式みたらもちろん成り立つ
やつですよね はいで実際のその問題の使い方は pv =一定というよりがこういう風に使えます
聞いかけ部位がすでにその掛け算が同じ値になるって言ってるんだから なにかといえば状況 a から状況 b に変化しましたとその温度が入って定期
体のまま圧力と大世界て a から b になりました っていう時にどういう風に使うかというと何がこっち側の圧力が知りたいとかこっちが
の大使とかが知りたいって問題が今後でできますその時にこういう風に使うとこっちで の圧力を pa こっちでノー体積を va にしましょうと
はいでこっちでの圧力を pb ポッツでの圧力対策を vb にしましょうとこの時
にこの pava と pvb が=で結べますよってっていうのがボールの法則の
主張ですだって p 家デビューの値はすでに感ないんだからこっちでの p か give it こっちの p かけ v は絶対同じ与えるはずだからこれを=で6
埋めます例えば pv が知りたかったら両県 vb であったりとかすれば pv の値がわかったりとか逆に vb が知りたかったら8編 pv で割ればこの
値で vb がわかったりとかっていうふうにですね使うことができるとこれがボールの法則
の使い方ですまぁ実際に演習問題をやってみたらですね よりわかると思いますがこの段階で23つか
方を話してみました温度一定の時に p かけ v-席の値が一定になりますこれが
ボイルの法則ってやつですね ボイルは人命です ではですねまだありますそれがシャルルの法則
はいシャベルの法則は圧力が一定の時に ヘイブンの部位のたがいっぺんになりますって言ってますこれも版バット覚えないよう
にしてくださいなって状態方程式みれば当たり前だからですもう1回第ジャンで書き ます段取りもしつこく pv 俺の rt が常に偽装きただったらない断ちますそして1なものにもあるして
いきます n は固定 r アーティスそして今 は圧力も変えずに一定のまま v とか t を書いていく実験をしましょうと言って
ますその時に必ず 部位を t 出会った値つまり t 部の部位がいつも同じ値になりますやってます
これ当然ですよねだって 両辺を t で割って病変 t で割って
食べちょっとあのマイクのあの 接続部分がプルたんでもうちょっとはっつけます
つきましたはいりょう編 t で割って コーデべりょうけん p で割ったらいいっ
はいこんな風に t 部の部位が一定な 与えだけでかけますだからもちろん t 分の部位の値は絶対に変わることはないです
よねとこれがシャルルの法則ってやつです これももちろん使い方ま何か
tav mp 7 a の状況の温度と体積と b の状況の温度対策4 f ら一を取ったものが常に入ってなりますか
この式を使って何かわかんないものを求めたりしますこれが シャルルの法則というやつ状態方程式をみれば当たり前
頑張ってもないようにしてくださいとはいそしてですねこの2つの法則を合わせた奴の
ありますそれはそのまま名前がボイルシャルルの法則と ひねりゼロ
ハイティー分の pv が常にこれがボイルシャルルの法則です 特に条件はありません今考えているように容器に入れられた機体 n がぽてらった
リスを期待すでにこれが成り立ちますスティーブの pv ってこれを合わせたやつ ですねこれも当たり前だからしてみてください
pv = nrt で両辺 t では って n と r が常に一定です黄色で丸くされます
だから tv のピープや常に同じ値取りますよねと一つの家られた容器 一つの容器に抱いた期待に対して t 部の pv がすでに1.7はずと
だからこれも状態方程式をみれば当たり前じゃなんで猫のこんな名前がついてるんだっ て怒りたくなる人もいると思い
ますその気持ちはめちゃくちゃわかる けどもこれが最強護身から用にはもちろんそれ相応の理由があって
なぜこれが書かれるかというと歴史的には逆だからです あのこんなね状態方程式は分かってて
まあこういう風な女何か pv が一定になるんだとかねっていうの pv 底部の日 が入ってになるんだとかね
211名前付けしたらキリがありませんって自分でも適当に何がね 一定の与えようにつけて例えばじゃあこれ言われてないやつ
生の部位をね一定にすればなんだ t 分の p が一定になりますよねこれも言われてない理由まだ大大発見って言って
t 分のピークをリっていっていうのを v 一定の時に t 分の p =一定って
いうのを呼び病院が法則と勝手なつけてもいいわけです 別にパラーもちろんそんなハ脳名前が付けられないのは歴史的には逆だからですね
どういうことかというと昔々コイルが知られる前からたくさん実験して経験的に軟化
温度いってらったら焦るをかけた遺跡ってなんか一定なるねパパ 圧力いってらったら t 分の無いって奴がなんかいつも同じ値になるねっていうふう
に経験として犯すわけです だからこういうのを集めて集めて言ってできたのが故 もちろんいそうした状態方程式なので歴史的順序が方からこうだからよくこっち側から
説明されますが自分たちはもうね その今の世の中に生きている人間なのであの
もうこっちを知っておいてこっちからこれは当たり前と思う方が ますので健全なと思いますなのでこれはもう名前だけ
知っておいてください楽しかったですね入試でへ名前は聞かれることがあったりとか
あるいは何かその角文とかねしものを食べているときにその問題集とか
の解説の時にボイルの法則とか車両の法則って名前がでてきて
書かれていることがあるのでその時に何も知らなかったら版か新しい知らん奴出てきた てなってパニくるのでこの段階で紹介しておきましたが
もっかいます名前だけ知っておけばいいですなって錠剤方停止から当然得られる結果だ
からと はいそしてですね のどに絡まったぞ
実在気体が強くカメラはいえーっとまぁもう少し話したい話があるので
しておくとこの理想気体の状態方程式 pv = nrt なんですがこれがですね
めちゃくちゃ便利なんですね エコーいうものがその子 たいとか液体にはなかなかなくて高校物理ではこれで計算ができる
その便利な機体が使われるということですはい で科学でもこの理想気体ぷ奴はならんですがその時に
理想気体と何ですかあった時にこういうフラネ拡張できはされます分子間力がなくて 文書体積がゼロでこの状態方程
4 pv 恒例のアルティが現物に成り立つ期待と だからまあこの言い方をするってことは実在気体はまあ厳密にはない漂う spb これ
nrt はまあ分子間力もあって分社対90じゃないかな このめっ状態ホッとし全く同じものには従わないんだけどもその理想気体はこの状態
方程式厳密に 従うという言い方をするということは実在気体もですねほとんど結構これに近い
a 方程式成り立ちますなので近似的に実在気体もこれで
なりだすとだからもちろんねその昔の人たちが実験して経験的に得た結果 pv コール
日程とか tm の v =いってで理想ピタリ実験したわけじゃないわけですもうちょいす起き たら実験できないから実在気体でその経験的に発見した法則なので
実在気体でも権利的にこれはない勝つのはまあわかりますよね はいなので特徴として抑えてください分子間力はなくて分子の体積がゼロでこの状態
方程式がゲーム家に成り立つ奴が理想気体であると はいいいですね母のしてこれんが得意だと思います
結構たくさん刷り込まれるのでなので今の 5の特徴が so 期待なんかよくあの特徴という当時は金属のことを思い出すんです
けど 福永中学の理科とかでその呪文のように唱えさせられた 何ターンその
金属光沢があるとか勉強力と殲滅をよく通す展性延性があるとかってあるじゃないです
かなんかあれで そのこれを使った技があってそのすごく
なんか興味ない人に超未来なんかを大スターとかに急になんかねえ
タグ行く種どんな具は好みだろうとかってなんかその下 数ある話だった時に面倒くさいなぁと思ったらよくこう言ってましたね
あの電気をことを押してね強く通して展性延性がある子がいいですね あの全然目受けてないけども自分の中では近づから話ししてるっていうね
思ってましたはいではですね次の話に行きましょう次からですねいよいよ熱力学のその
コンビを発揮といったところです その話が熱力学第一法則という話
Wisper
はい、こんにちは。今回から全2回でですね、方向物理の熱力学を全範囲やっていきたいと思います。 ではまずはじめに熱力学とはどんな理論なのかを話しましょう
。 はい、熱や仕事のやりとりによる物質の状態変化を扱う理論と、もちろん注目してほしいのは熱力学というぐらいだから熱ですね。 この熱という一見、抽象的な
概念をうまく理論に取り入れたものが熱力学ってやつです。 そしてこの熱力学の魅力っていうのは、ある程度大きな物質、こういう物理ではよく虚子的って言うん
ですが、虚子的な物体に対して本当にもう何でも成り立つようなところがすごいんですが、 こと方向物理に関してはその物質の状態、3つありますね、基本的なもの
が、個体、液体、機体、そのうち機体のみを扱っていくことになります。 はい、方向物理では基本的に容器に入れられた機体のみを扱うと。この容器に入れられた
機体っていうのはどういう状況なのかっていうのを図にしてみましょう。 はい、まず容器を書きます。 この容器の中に機体の分子が入っていると。はい、どれぐら
い入っているかというとこれぐらい入っている。 はい、Nモルだけ入っています。これ、科学と同じように莫大な数を扱うので、普通個っていう単位では数えません
。 なのでモルで数えましょう、単位。Nモルだけ入っていると。そして方向物理の範囲ではですね、この容器に入れられた機体の分子って途中で数が変わったりはほ
とんどしません。 なので通常固定と書いておきます。 はい、なので一つの問題の中で決まったNモルっていう個数の機体を扱う問題が出てくると。 そして今この容
器に入れられた機体の分子たちがいるんですが、じゃあ今から何に注目して物理をやっていこうって考えるとですね、普通は今までの勉強だと力学とかではこの機体
の分子の一個一個の運動を考えようとなるわけです。 ただですね、熱力学ではそういったことは一切しません。なぜならですね、しっかりとした理由があって、そ
もそも熱力学っていう学問はめちゃくちゃ古くてですね、 なんならその原子とか分子の存在がまだ確立されてない頃から完成された学問なんですね。 だからもちろ
んこの一個一個の機体の分子の運動なんて考えることはありません。 じゃあ代わりに何に注目するかっていうと、こういうまあよくわからなかった、当時はもう見
ることもできなかった、その小さい分子たちの動きに注目するんじゃなくて、もっと大きいもの、 さっきも言ったような虚視的なものに注目して物理をやっていく
ことになります。これがですね、熱力学のキーワード、虚視的です。 はい、ミクロな小さいもの、微視的なものじゃなくて、マクロで大きい虚視的なものに注目し
て物理を作っていく、それが熱力学と。 じゃあこの容器に入れられた機体の何に注目するんでしょうかと、3つあります。 はい、圧力、体積、温度と、圧力、体積
、温度、そして通常記号は圧力がP、体積がV、温度がTです。 これは英語のプレッシャーの頭文字、ボリュームの頭文字、温度のこと英語でテンパーチャーって言う
んですが、テンパーチャーの頭文字のTと言ってます。 そしてそれぞれ単位は、圧力パスカル、体積はリットル、そして温度はこれケルビン、絶対温度使います。
絶対温度って自分たちがよく使っているセルシウス温度、このCって書くような温度に、数字で273常に足したものですね。これが絶対温度、ケルビンってやつで、普
通はこのセルシウス温度使えません、熱力学で。 絶対温度っていう単位がケルビンのものを使っていくと。そしてですね、この段階で少しだけ補足しておくんです
が、難しく感じると思います。 とりあえずなんとなく聞いてください。この注目する3つのもの、圧力、体積、温度、こいつら、これですね、本当に3つとも自由な
数値をとれるわけじゃありません。 どういうことかというと、独立ではなく、2つ決めたら残りの1つが決まると、少し難しい言葉を使っているんですが、要するに
どういうことかというと、例えば、圧力と温度をある値に決めたときに、それに応じた体積というのが決まるとか、または体積とか温度を何か決めたら、固定したら
、それに応じた圧力が決まるという関係にあると言っています。 本当に3つが3つとも自由な数値をとれるわけじゃないと。これの話は、次に話す話を聞いてくれれ
ばですね、もう少し理解がしやすくなると思いますが、今の段階でなんとなく知っておいてください、こいつ。 はい、そしてですね、この熱力学の授業を進めてい
くわけなんですが、最初に言っておくとですね、自分はこの熱力学が実は専門分野です。 結構、高校物理の熱力学ってあまり面白くないと感じる人が多いんですが
、まあそれはですね、半分仕方ない。熱力学の一番面白いところには高校物理ではあまり踏み込まない。 あるいは、特徴じゃない、特別なケースしか使わないから
、なかなかね、何にでも使える万能な理論というイメージがないんですが、熱力学という学問自体はですね、めちゃくちゃ面白いです。 じゃなきゃ専門分野にしな
いから。何がやっぱすごいかっていうと、少しね、外れるんですが、さっき言ったように熱力学っていう学問自体はですね、 その原子とか分子の存在がまだ確立す
る前からできていたやつだと。だからまあ言い方を変えたら別に、あのミクロな物理法則、こいつが本当にどうやって動いているとかは全くわからなくても理論とし
ては正しいわけです。 で、何かその自然界の現象を解き明かそうとするときに、本当に小さいところで何が起こっているかわかんないものってたくさんあるわけな
んですよね。 例えば、自分がやってた例で言うと、その生物とかなんてまさにそうで、ミクロに本当に何が起こっているか、まあすごく難しいけども、こういう虚
視的な大きいものに注目して物理はすることができると、そういうですね魅力があるわけです。 そういうミクロな小さいところで起こっている、すごく難しい物理
法則に左右されずに、虚視的にまあその莫大な経験からできた、もうその本当に見えるぐらいのもの、 見えて測れるようなものだけで物理をうまく作っていると、
それが熱力学の魅力なわけです。 なのでまあなるべくですね、自分が専門部屋なので、熱力学が嫌いになることなくですね、楽しいと思えるような状態で勉強です
ね、 終えてもらうために結構ですね、熱力学だけに熱量を持ってですね、伝えていくので約束があります。あまり引かないでください。 ではですね、次の話しまし
ょう。どんな話をするかというと、なぜ高校物理とかでは機体に限定して技能を行っていくのかと、 それにはしっかりとした理由があります。それはですね、次に
話すやつが便利すぎるからです。次に行きましょう。 では、理想機体というものの話。 はい、これがどういうものかというと、次の特徴を持つやつのことです。
はい、分子艦力はなく分子の体積がゼロな機体のことと。 普通分子と分子の間には分子艦力と呼ばれる引力が働いていて、そしてもちろん分子の体積もゼロじゃな
いわけなんですが、 ただこの理想機体というやつは分子艦力が全くなくて、分子の体積がゼロな機体のことと。だからもちろんこんなものはない仮想的な存在なん
ですけど、 自分たちの本当に身の回りにある機体、こういうのをよく理想機体と比較して実在機体って言うんですが、実在機体もですね、ほとんどの場合、自分た
ちが住んでいるような環境ではかなりですね、これに近い、理想機体に近い振る舞いを示します。 なぜなら、その分子艦力が本当にないわけじゃないけども、その
機体の分子が存在する空間がすごく広くて、 機体の分子と分子の間が大きいと平均的に、そして結構高速で動いているので、分子艦力の影響が無視できたりとか、
あるいは今言ったように広いスペースの中で機体の分子の自体の大きさっていうのは普通無視できるよねと。 だから結構これに近い状況が成り立っているわけです
。なので普通自分たちの身の回りで起きていることも理想機体でですね、ほとんど近似的に考えることができると。 なのですごく有用なやつです。はい、で理想機
体に関して次の方程式が成り立ちます。それが状態方程式というもの。 はい、理想機体の状態方程式、それがPVイコールNRTです。何回も聞いて耳なじみっていうか
わかんないけど日本語が、耳に馴染んだ方がいいと思うのでもう一回言いますね。 PVイコールNRT、もう一回言います。PVイコールNRTっていうのが理想機体につい
て成り立つ方程式ですと。もちろんPは圧力、Vは体積、そしてNは物質量、そしてTは温度です。 なので自分たちが知らない文字はRだけだと思います。普通Rだけ。
このRって何かっていうと、Rは機体定数って言われる定数です。 定数なのでその数字は決まっています。機体定数Rっていうのはだいたいこれぐらいの値。 はい、8.31×10の単位がパスカルリッターパーモルケルビンと。
分割ファイル ./output_folder\SnapSave.io – 高校の熱分野を全部解説する授業【物理】 (128 kbps)_1.mp3 を保存しました。
単位を覚えるんだって思ってしまうしか いるかもしれませんがもちろん こんなの覚えません この方程式が成り立つとわかって ればすぐに単位わかります これ nt で両辺割ってあげて nt 分の pv が r になると でこれ物理の式でイコールが 結ばれているときはもちろん両方 その左辺右辺の単位は等しいので 期待定数 r の
単位を知りたかったら こっち側を見ます だから分子にパスカルリットルがあって 分母にモルトケルビンがあるから パスカルリットルパモルケルビン っていうの
が期待定数の単位だと わかると その数字は8.31×10の3乗と 約それで決まってます 科学の方ではこの単位で抑えるんですが あまり物理でパスカルとかっていう の
は見たくない人も中にはいます 言い方が少し難しいんですが だからもっと物理っぽい単位に 書き換えて示されることもあると このパスカルとリットルについて
考えてみると パスカルとリットル まずリットルってやつをよく物理で 使うメートルに直してみたいと思います メートルに ここに雑に書いちゃうけども リットル
をメートルに直すと もちろん立方メートルに直接なるわけじゃなくて 10のマイナスの3乗立方メートルになります なぜならリットルっていうのは 10cm 10cm 10cm
なので メートルに換算すると 10のマイナス3乗立方メートルになると だから10のマイナスの3乗のパスカルの 立方メートルとこれ同じなわけで パスカルって圧力
の単位で 圧力に面積かけたら力でした なのでパスカルと平方メートル使って これで力にして かけるメートル 力かける距離になってます これ力が例えばニュート
ンで ニュートンに見えてるっていうのが いわゆる力と移動距離の掛け算で 仕事と同じ単位になっていると だから実はこれってジュールですね だからパスカルか
けリットルって実は 10のマイナスの3乗ジュールに変換できます なのでそれに直しておくと この数字自体は10のマイナス3乗だけ 掛け算されるから これは比帯定
数Rっていうのは ジュールで単位書いてあげたら 8.31でおしまいで 単位がジュールパーモルケルビンと こんなふうにより物理っぽい単位で 書くこともできるよと
よく入試問題では物理のときには こっちの数字が示されることが多くて 化学科学の方ではこっちの数字が 示されることが多いです 定数は定数でももちろんね 単
位が変わったら数字が変わるので気をつけてください 上のやつはパスカルリットルってやつを使ってる そして下のやつはそれをですね 10のマイナスの3乗ってしっ
かり忘れないように つけてジュールに変わってるやつだと それを把握しておいてください さてではですね中身について話していきたいんですが PとかVとかTがこ
んな式で結ばれていると 今NとかRは普通固定 Nが固定されていて 期待定数が定数だから これで変わるのはPとVとTなわけですが PとVとTがこんな式で結ばれている
と だからさっき言ったようにこの式を見てもですね PとVとTは完全に独立 お互いがバラバラに決められるわけじゃなくて 完全にバラバラに決められるわけじゃな
くて 2つ例えばPとTを決めたら もうそれに対応するV決まっちゃうでしょうとか あるいはPとかV決めたらもうNもRもね その決められた数字だから Tがもうそれ一つ
で決まってしまうというふうに 独立じゃないことがねこの式を見ても この式からもですね読み取れると思います はいでまぁこれがすごく大事なんですが そして大
事かつですね理想期待についても これだけ知ってほしいことなんですけど 一応ですね教科書とかで紹介されている 法則があるので名前だけ知っておいてください
次のやつ はい次の式の名前だけ知っておくことと まず一つ目がボイルの法則というやつ これはこんなやつです はいTVイコール一定とでその条件はTが一定 これ何
を言ってるかというとちょっと位置が短い 何を言ってるかというと温度を一定に保ったまま いろいろPとかVを変えていっても PかけるVの値は常に一定ですよって
言ってるのがボイルの法則です であのこれを必死に覚えようとする人がいるんですが 自分たちは理想期待の状態方程式を知っているので これを知っていればです
ねこの式は当然に見えてくると思います なぜなら例えばここに書きますが PVイコールNRTってやって一定なものに そもそも数が変わらないものにですね じゃあ黄
色で丸していきます Nは普通容器に入れられた機体で 粒子とか逃げることがなければもうこれは決まった値を取ると そして期待定数はもう決められた定数です こ
れは期待の死によらずに常に決められた数値を取ります だからこういうふうになっている常に状態方程式ってここは一定で PとかVとかTが変わっていく状況になっ
ています そして今は温度は変えないでPとかV変えていくので この右辺が全部ですね一定になります 数が変わりません 本当に何か数字を入れたらずっと変わらない
数値になっていると だから例えばその状況で圧力変えていったら もうそれに応じてVが決まっていきます 逆にVを変えていったらそれに応じてPが変わっていきます
ただその掛け算の結果は絶対に変わっちゃいけないよねと だからPかけVはどんだけPとかV変えても 温度が一定な状況でそれをやっているんだったら 常に同じ値に
なりますよって言ってるのがボイルの法則です これ状態方程式見れば当たり前でしょうと これを必ず納得してください これを新しく覚えとするんじゃなくて 状態
方程式見たらもちろん成り立つやつですよねと はいで実際のその問題での使い方は PVイコール一定というよりかこういうふうに使えます PかけVが常にその掛け算
が同じ値になるって言ってるんだから 何か例えば状況Aから状況Bに変化しましたと その温度が一定T一定のまま圧力とか体積変えてAからBになりましたっていう時
に どういうふうに使うかというと何かこっち側の圧力が知りたいとか こっち側の体積とかが知りたいって問題が今後出てきます その時にこういうふうに使うと こ
っちでの圧力をPAこっちでの体積をVAにしましょうと はいでこっちでの圧力をPBこっちでの圧力体積をVBにしましょうと この時にこのPAVAとPBVBがイコールで結べ
ますよって言ってるのがボイルの法則の主張です だってPかけVの値はすでに変わらないんだからこっちでのPかけVとこっちのPかけVは絶対同じ値のはずだから これ
をイコールで結べます だから例えばPBが知りたかったら両辺VBで割ったりとかすれば PBの値が分かったりとか逆にVBが知りたかったら両辺PBで割れば この値でVB
が分かったりとかっていうふうにですね使うことができると これがボイルの法則の使い方です 実際に演習問題をやってみたらですねより分かると思いますが この
段階で実際の使い方を話してみました 温度一定の時にPかけVの積の値が一定になります これがボイルの法則ってやつですね ボイルは人名です ではですねまだあり
ますそれがシャルルの法則 はいシャルルの法則は圧力が一定な時にP分のVの値が一定になりますって言ってます これも頑張って覚えないようにしてください だっ
て状態方程式を見れば当たり前だからです もう1回大事なんで書きます何度でもしつこく PVイコールNRTが常に理想期待だったら成り立ちます そして一定なものに
丸していきます Nは固定 Rは定数 そして今は圧力も変えずに一定のまま VとかTを変えていく実験をしましょうと言ってます その時に必ずVをTで割った値 つまりT
分のVがいつも同じ値になりますって言ってます これ当然ですよね だって両辺をTで割って マイクの接続部分が取れたんでもうちょっと付けます 付きました両辺T
で割って こうで両辺Pで割ったら こんな風にT分のVが一定な値だけで書けます だからもちろんT分のVの値は絶対に変わることはないですよね これがシャルルの法
則ってやつです これももちろん使い方は Aの状況の温度と体積と Bの状況の温度と体積 こういう風な比をとったものが常に一定になりますと この式を使って何か
わかんないものを求めたりします これがシャルルの法則というやつ 状態方程式を見れば当たり前 頑張って覚えないようにしてくださいと そしてですねこの2つの
法則を合わせたやつがあります それはそのまま名前がボイルシャルルの法則とひねり0 はいT分のPVが常に一定これがボイルシャルルの法則です 特に条件はありま
せん 今考えているように容器に入れられた機体、Nが固定だったら理想機体、常にこれが成り立ちます。T部のPV一定。これを合わせたやつですね。 これも当たり前だから、ちょっと見てください
。 PVイコールNRTで、両辺Tで割ってNとRが常に一定です。 黄色で丸くされます。だから、 T部のPVは常に同じ値取りますよね、と。一つの入れられた容器、一つの
容器に入れられた機体に対して、T部のPVは常に一定になるはずと。だからこれも状態方程式を見れば 当たり前じゃなんでね、こんな名前が付いてるんだって怒り
たくなる人もいると思います。その気持ちはめちゃくちゃわかる。 けども、これが教科書に書かれるには、もちろんそれ相応の理由があって、 なぜこれが書かれる
かというと、歴史的には逆だからです。 こんな状態方程式がわかってて、 こういう風なね、何かPVが一定になるんだとかね、T部のPVが一定になるんだとかね、 に
いちいち名前つけてたらキリがありません。 だって自分でも適当に何かね、一定の値を見つけて、例えばじゃあこれ言われてないやつ、 なんかあのVをね、 一定に
すれば、なんだ、T分のPが一定になりますよね。これもう言われてないわけ、まだ 大発見!って言って、T分のPイコール一定ってのを、 V一定の時にT分のPイコール
一定ってのを、予備論理の法則とかって名付けてもいいわけです、別に。 ただ、もちろんそんな名前が付けられないのは、歴史的には逆だからですね。 どういうこ
とかというと、昔々こういうのが知られる前から、たくさん実験して、経験的に、 何か温度一定だったら、圧力掛け体積って何か一定になるね、とか、 圧力一定だ
ったら、T分のVってやつが、何かいつも同じ値になるね、っていう風に、 経験として分かってたわけです。 だからこういうのを集めて集めていって、できたのがこ
っちの位相否定の状態方程式。なので、 歴史的順序がこうから、こうだから、よくこっち側から説明されますが、 自分たちはもうね、その今の世の中に生きている
人間なので、 あの、もうこっちを知っておいて、こっちからこれは当たり前と思う方が、 素直で健全だと思います。なので、これは名前だけ知っておいてください
。 仕方ないですよね。入試で名前が聞かれることがあったりとか、あるいは何かその、 学問とかね、演習問題を解いている時に、その問題集とかの解説の時に、
ボイルの法則とかシャルルの法則って名前が出てきて、 書かれていることがあるので、その時に何も知らなかったら、なんか新しい知らないやつ出てきたってなっ
てパニックるので、 この段階で紹介しておきましたが、もう一回言います。名前だけ知っておけばいいです。だって、 状態方程式から当然得られる結果だからと。
はい。そしてですね、 喉に、はなまったぞ。 実在期待が、ちょっとよくわかんねえな。 はい、えーと、まあもう少し話したい話があるので、 しておくと、この理
想期待の状態方程式、PVイコールNRTなんですが、 これがですね、めちゃくちゃ便利なんですね。 こういうものが、その固体とか液体にはなかなかなくて、 高校物
理では、これで計算ができる、その便利な期待が使われるということです。はい。 で、科学でもこの理想期待ってやつは、 習うんですが、その時に、その理想期待
とは何ですかって時に、こういう風なね、特徴的なされます。分子関力がなくて、 分子の体積がゼロで、この状態方程式、PVイコールNRTが厳密になり立つ期待と。
だからまあ、この言い方をするってことは、実在期待は、まあ厳密にはなりたくないわけです。 PVイコールNRTは。まあ分子関力もあって、分子の体積がゼロじゃ
ないから、 このね、状態方程式、全く同じものには従わないんだけども、 その、 理想期待は、この状態方程式に厳密に 従うという言い方をするってことは、実在
期待はですね、ほとんど結構これに近い、 えー、方程式に成り立ちます。なので、近似的に実在期待も、 えー、これで成り立つと。だからもちろんね、その昔の人
たちが実験してて、経験的に、えー、 得た結果、PVイコール一定とか、 TVのVイコール一定って、理想期待で実験したわけじゃないわけです。もちろん理想期待で
実験できないから、 実在期待で、その経験的に発見した法則なので、実在期待でも近似的にこれが成り立つのは、まあ、 わかりますよね。はい、なので、 えー、
特徴として押さえてください。分子関力がなくて、分子の体積がゼロで、 この状態方程式が厳密になり立つやつが、理想期待であると。 はい、いいですね。科学の
取得、ここら辺が得意だと思います。結構、たくさん擦り込まれるので。 なので、今の3つの特徴が、理想期待。なんかよく、あのー、 特徴というと、自分は金属
のことを思い出すんですけど、よくなんか、中学の理科とかで、 その呪文のように唱えさせられた、なんだ、そのー、 金属光沢があるとか、電気をよく通す、熱を
よく通す、転生・遠生があるとかってあるじゃないですか。 なんか、あれで、 その、これを使った技があって、その、すごく、なんか、興味ない人に、興味ないな
んか、 なんか、おっさんとかに、急になんか、ねえ、あのー、 たくみくんはさ、どんな具が好みだろうとかって、なんか、その、下世話の話された時に、 めんど
くさいなと思ったら、よくこう言ってましたね。 あのー、電気よく通して、熱をよく通して、転生・遠生がある子がいいですね、つって。 あのー、全然ね、受けて
ないけども、自分の中では、金属の話してるっていうね、 思ってました。はい、ではですね、えー、次の話に行きましょう。 次からですね、いよいよ、熱力医学の
、その、根領発揮といったところです。 えー、その話が、熱力医学第一法則という話。 では、熱力医学第一法則の話。 はい、熱力医学第一法則。なんかね、必殺
技みたいな、すごくかっこいい名前してるんですけれども、 えー、これがどんなものかっていうのを、図で描いてみましょう。 はい、これがですね、熱力医学第一
法則を表す図です。 えー、何のこっちゃわかんないと思うので、一つ一つ記号の意味を確認していきましょう。 まずは、デルタUから。デルタU。 これは、単位は
、エネルギーのジュールです。ジュール。 えー、こいつは何かっていうと、これは、機体の内部エネルギー変化です。 はい、機体の内部エネルギー変化と。 えー
、内部エネルギーってなんだよと思うと思うんで、少し説明をすると、内部エネルギーっていうのは、 この容器の中に、今、機体が入っているわけなんですが、こ
の機体の分子たちが持っている、運動エネルギーと位置エネルギーの相和です。 えー、もちろん、さっき言ったように、熱力薬という学問自体は、その分子とか原
子の存在が確立される以前に作られていたものなので、 もちろん、その、なんか、機体の分子の運動エネルギーと位置エネルギーとかを考えなくても、熱力薬がで
きるわけですが、 今、自分たちは、まあ、せっかくね、現代に住んでいるので、イメージがね、分けやすいように、 えー、がっつりね、その、原子とか分子の存在
を管理して、このイメージを持っておいてください。 運動エネルギーと位置エネルギーの相和です。 だから、その、機体たちが持っているエネルギー全体のことを
内部エネルギーって言っています。 えー、そして、この内部エネルギーを変化させる要因が2つありますって言っているのが、 えー、この図です。 1つが、このQで
表されるやつ。 Q、これ単位、えー、エネルギーと同じ10です。 こいつが何かっていうと、こいつがまさしくですね、えー、熱力薬で重要な熱ってやつです。 より
詳しく書くと、こんなもの。 はい、機体が吸収した熱量、あるいは単に熱っていったりします。 熱、機体が吸収した熱量と。 だから外から熱としてエネルギーが
入ってくる。 これが内部エネルギーを変、えー、内部エネルギーの変化を起こす1つの要因ですと言っています。 だから、熱って言っているのは、 Q、これ単位、
えー、エネルギーと同じ10です。 これが何かっていうと、これがまさしくですね、えー、熱力薬で重要な熱ってやつです。 より詳しく書くと、こんなもの。 はい
、 だから熱っていうのは、そのエネルギーの移動形態の一種です。 エネルギーがこうやって外から内側に移る。 熱として移るっていうのもQと書いていると。 ど
うしてQを使うかっていうと、えー、熱量っていうものの英語が、 Quantity of Heatなのでその頭文字を取っています。 えー、だから熱量はQと書くよと。 機体が
吸収した熱。 だから逆に、えー、機体がこれ、放出するとですね、Qの値、負になります。 Qが正だったら吸収した熱が正、負だったら逆にこの機体が外側に熱を出
していることになります。 だからQは正も、えー、負も取れるものなので注意してください。 負の時には放出したと見ます、その分だけ。 えー、では次にここに書
いてあるWについて説明します。 Wは力学でもやったように仕事です、仕事。 だから単位は、えー、エネルギーと同じ10る。 そしてより詳しく書くとこういうやつ
。 はい、機体がされた仕事です。 誰にされたかというと、まあ外から、えー、外部からされた仕事。 ここには今イメージがしやすいようにピストンを書いてます
。 こういう風になんか取っ手があって、この蓋のところをこうやって、えー、動かせるようになっていて、 で自分たちが、例えばグーって押したら、えー、機体が
仕事をされたって見てあげます。 こういうとこで、まあ仕事をしていく。 それによっても、この機体にエネルギーを与えることができるわけです。 だから、えー
、エネルギーの移動の形態が熱と仕事に分けて考えましょうっていうのはこの、えー、図の意味です。 なので今の話をまとめるとこんな式が成り立つことが、えー
、推測できるでしょう。 はい、ΔUイコールQたすWと、内部エネルギーの変化っていうのは、 Qによるもの、熱量によるものと仕事によるものがありますという式で
す。 だから、これは何を意味しているかというと、単にエネルギー保存ですね、エネルギー保存。 で、このことをですね、熱力約第一法則って言います。 はい、
熱力約第一法則。 じゃあこんな、その単にエネルギー保存則なのに、熱力約第一法則っていう、なんか週刊少年ジャンプでしか出てこないようなかっこいい名前が
ついてるのはなぜかというと、 これはですね、まああの、意味はエネルギー保存則なんだけれども、その熱を含めたエネルギー保存則になっています。 えー、その
熱を含めたっていうのが大事で、熱っていうのは今まで物理の理論の中で、その明治的に扱えたことはなかったけどもここでエネルギー保存するの仲間入りをしてきたと 学問的にとか歴史的な意味ってのは実は熱力学第一法則はその内部エネルギー 変化
を表す式というよりは本当は実際のところ これ熱とは何かってしか熱の定義の式です だから q イコールデルタ u-w ってのが熱ですよと言ってます 熱というのは
期待の内部エネルギー変化を指したもののうち 仕事の分式体がされた仕事を減らせを抜いた分が熱ですとよくわかんないけど もっていうそのわかんないものを扱う
ときに考えるのがまあ重要なのかこの熱力学第一法則 なんですが もちろんね問題解く時とかその物理的な意味っていうのはエネルギー保存策なので熱力学第一法則
は 熱を含めたエネルギー保存策だと思ってください はいそれで楽しいです熱力学第一法則という式これがまあすごく大事 熱っていうのを物理に取り入れる式です
熱力学第一法則 そしてすごく大事な注意がありますそれを聞いてください注意 はい 期待がした仕事を w プライムって言いますこの w に点数です この授業ではプ
ライムって呼んでいきます ダッシュとね呼ぶ先生もいると思いますが同じことです w プライムとするとと今何が違うかというとこっちは期待がされた外からされた
仕事で今この w プライムってのは期待が逆に外にした仕事になっています でこれらの関係は-1倍だけ違うまつまり見方が違うわけです どっちをその基準としてし
ている基準としているか期待がされたか期待がしたかと-1倍だけ違う この授業ではそんな仕事した方の仕事を w プライムで書いていきます そうすると w イコール
もちろん- w プライムなのでこの w を- w プライムに置き換えた式が成り立つと わざわざこんな絵ってなんだよと思うかもしれませんがこれはですね皆さんを混乱
させないための優しさです どうしたかというと使っている参考書とかあるいは問題集によって普通に期待がした仕事の方を w と書いている本があるのでそうすると
この式の見た目はこうなります デルタ u イコール9- w とそうすると熱力学第一法則の見た目が違うでしょうと プラスとマイナスでうわなんか俺が持っている参考
書にはマイナスで書いてあるのに アイツプラスで書いている全然熱力学わかってねーじゃん専門とか言ってたのに受けられるとかね 思うかもしれませんがもちろん
そんなことじゃなくて w の定義仕事の定義をどっちにしたかです 期待がした仕事なのか期待がされた仕事なのかとエネルギー保存則の観点で言えば もちろんねさ
れた仕事をダブルて返せばこの式が成り立つのはまあ当然でしょうと だからまあそのこっちをダブルにした方がされた方の仕事ダブルにした方がなんか少しわかり
やすい かなと自慢を持っているのでこの見た目で書いてますが 期待がした仕事をダブルプライムとするとこの式が成り立つのでこのダブルプライムを ダブルとか
って書いてると式の見た目が変わります だから熱力学第一法則が2種類あるわけじゃもちろんなくて期待がされた仕事なのかした仕事 なのかをそのどっちを取るか
によって見た目が異なるってことに注意しておいてください だから入試問題を解く時にも必ずですね問題文で解けと言われている 求めろと言われている仕事がされ
た仕事なのかした仕事なのかに注意してください もちろん仕事の答えがマイナス1倍だけずれるしそれを勘違いしていると あるいはですねもっと悲惨なのが そのプ
ラ前でミスっていると仕事を使って熱とか内部エネルギーの変化を求めることが今後 ありますがプラ前間違いしたらもちろんもっとゴリゴリに間違えます q とか大
デルタ融合 なのでちゃんとされた仕事かした仕事かに注意して 今後勉強続けていきましょうとこの授業ではされた仕事を w した仕事を w プライムで書いていくの
でこんなはないと思い ますどっちも使ってきます今回この授業ではなので必ず意思して意識してください 皆さんが噛みすぎた皆さんが慣れるまで ww プライムの意
味を何度でも言いますされた仕事がした仕事がその扱いに慣れてください ではですね今出てきたものについて徐々にですね一つ一つ細かく見てきて いただいてもら
いますまずはまあ今ねたくさん話したじゃあ仕事について見ていき ましょう では仕事 はい今この図のように機体が入った容器があってでその容器についているピ
ストン の位置がこの点線の位置からここに変化したとしましょう でこの変化の幅を dx とします dx でこの dx ってのは d かける x っていう意味じゃありません
これは普通位置の変化をデルタ x と書くところを この変化がめちゃくちゃ小さいのでデルタの代わりに d 適応を使って dx って書いてます物理の世界ではよくこ
の変化デルタ x がめちゃくちゃ小さい時に このデルタの代わりにスモール d 適応を使います だからめちゃくちゃ小さい位置の変化だと思ってください 実はです
ね数学的に正しいことを言うとこれ無限小って言って無限に小さい変化を 意味しますがこういうのですね理解はまあ大学になってからの楽しみにしておいてくださ
い 今はめちゃくちゃ小さい変化だと思ってくれれば十分です dx っていうめちゃくちゃ小さい変化を考えます で機体の圧力を p としますこの入っている機体の圧
力を p で外側の圧力を p が 位と外圧を表す記号でこういうふうに書いておきます ピーガイと例えばまあ大気とかだったら大気圧とかがあるわけですね 中身の圧
力が p で外側の圧力が p の外位だとしましょうと そして今この変化はめちゃくちゃ小さいのでその変化の間はもう外側の圧力は一定と みなせるとします はいめ
ちゃくちゃ小さいからその間圧力は変わってないと考えることができると そして今計算するなので書いておくとこのピストン 本当はあの2次元的に広がっているわ
けでこの絵で言ったらまあ 長方形みたいな形をしているはずです その面積断面積を s とします はい断面積 s とするとこの状況で機体がした仕事を計算してみま
しょう 機体がした仕事を計算する今機体がした仕事って言ってるのでこの授業では w プライムとそれを書くんでした w プライムとこれをこの変化の値打ちで計算
してみます 仕事はもちろん力かける距離で計算するんですが 熱力学はですねこういうふうに力考えます 今この期待がした仕事を考えるためにこっち側からかかっ
ている力に対して 対抗して抗ってピストンを動かしたっていうふうに考えます そうすると今このピストンに超えてこっちからかかっている力っていうのはもちろん
どうやって計算できますかね 圧力に面積かけたら力なので外圧かけるこのピストンの断面積が外側からかかっている力です p 外の s とこれが力でこれに抗って対
抗してこの機体が dx だけをしたと考えると だから力かける移動距離で dx とはい p 外 s dx っていうのが機体がした仕事になります でもですねこの後まああん
まり熱力薬で使わない記号がたくさんので s とか dx とか これをですねもう少し熱力薬っぽい記号に変えていく作業を行っていきます 何をまず考えるかというと
s とか x とかその面積とか位置の変化というよりかは熱力薬では体積をよく使うわけなので 体積の変化に書き直したいと 今もともとの機体のこの点線の位置まで
の体積からこの分だけ体積が増えたと見ることができるわけです この分だけ体積が増えた このちょっとした体積の変化ってどうやって表せるかというともちろんこ
の部分は 実際にはまあ3 d で考えた直方体になっていて s かける dx sdx がこのちょっと増えた分の体積になるわけです なので sdx ってのを体積のちょっとした
増えた分の変化って意味でこれをですね dv で表しましょう sdx っていうのを dv っていう体積のちょっとした変化微小変化で表します はいなのでそういうふうに
書き換えてあげてイコール はいこういうふうに書いてあげるとそしてですねもっと計算が計算をしやすくするために特殊な状況を考えます こういう状況です はい
難しい用語出てきましたが特に純正的変化の時と純正的変化 この言葉自体は高校の範囲ではないんですが便利なのでこの授業では使っていきたいと思います 意味は
すごく簡単でゆっくりとした変化のことですゆっくりとした変化 詳しい話はですねとりあえず仕事の話を終わってからそこで参考程度に話します とりあえず今はめ
ちゃくちゃゆっくりとした変化だと思ってください めちゃくちゃゆっくりどんぐらいゆっくりかというとほぼ止まっているかのような変化です だから純正的変化ゆ
っくりそろりそろりとピストンを動かしたとしましょう この dx の変化ゆっくりと行ったとします その時にほぼ止まっているのでこのピストンのところで力は釣り
合っていると考えられます だから p かける s p 外かける s が等しいのでどっちも s 共通だから割ってあげて 常に純正的変化ゆっくりとした変化の時って中身の
圧力と外側の圧力が等しくなっていると考えることができると p イコール p 外となるので これが嬉しくてこの w プライムイコール p ガイ dv って式をこういう
ふうに書き換えられます はいこの式がとりあえずひとまずのゴールです ひとまずのゴール
