断熱変化 関連問題
【広告】ここから広告です。ご覧の皆さまのご支援ご理解を賜りたく、よろしくお願いいたします。
【広告】広告はここまでです。
気体が外部と熱のやりとりをすることなく行う状態変化を断熱変化と言う。
理想気体の断熱変化において、気体のした仕事Wは、内部エネルギーの変化
の符号を変えたものに等しく、気体のモル数をn，定積モル比熱を
として、
また、断熱変化において、圧力p，体積Vの間には、
という関係がある。この式をポアッソンの関係式と言う。γ は、比熱比
である。
断熱変化のp－V図は、等温曲線よりも傾きが急になる。
断熱変化においては、気体が吸収した熱は0で、気体のした仕事をW，内部エネルギーの変化を
として、熱力学第一法則より、
∴ 
断熱変化の間に、絶対温度が
変化したとすると、理想気体のモル数をn，定積モル比熱を
として、
･･･①
①より、断熱変化で気体が膨張(断熱膨張と言う)し外部に正の仕事をする(
)と、
となり、温度が下がります。断熱変化で気体が圧縮(断熱圧縮と言う)されて外部から正の仕事を受ける(
)と、
となり、温度が上昇します。
夏の暑い日に上昇気流が起きると積乱雲が発生するのは、上昇気流の断熱膨張の効果により温度が下がって空気中の水蒸気が結露するからです。
また、冷蔵庫やエアコンの冷却も、一度圧縮した気体を一気に膨張させて温度を下げることにより実現しています。
断熱変化の過程のある状態において、理想気体の圧力をp，体積をV，モル数をn，気体定数をR，絶対温度をTとして、
状態方程式：
･･･②
そこから断熱変化で、圧力、体積、絶対温度が微少量変化し、
，
，
になったとして、
変化後の状態方程式：
展開して、2次の微少量
を無視すると、
･･･③
③－②より、
･･･④
一方、この微小な変化の過程で気体のした仕事は、2次の微少量
を無視すると、
と考えられます。①で、
として、
④に代入して、
整理して、
(マイヤーの関係式を使用)
ここで、比熱比
を用い、さらに両辺を
で割ると、
，
として、
と
を微分記号
，
に変え、両辺を積分すると、
∴ 
(cは積分定数)
∴ 
これより、ポアッソンの関係式
が得られます。
ポアッソンの関係式と状態方程式は、ともに、圧力p，体積Vに関する関係式ですが、断熱変化において、排他的に用いるのではなく、連立して用いることに注意してください。両者を組み合わせることにより、
より、ポアッソンの関係式の変形
が得られます。こちらも有用な式です。
ポアッソンの関係式より、断熱変化のp－V曲線は右図赤線のようになります。
より、断熱変化のp－V曲線は、等温曲線よりも傾きが急になることに注意してください。
断熱変化で、気体の体積、圧力、絶対温度が、
と変化するとき、
として、気体のする仕事
は、右図の黄色部分の面積になります。
(状態方程式より、
，
，ポアッソンの関係式より、
)
【広告】ここから広告です。ご覧の皆さまのご支援ご理解を賜りたく、よろしくお願いいたします。
【広告】広告はここまでです。
物理基礎事項TOP 物理TOP TOPページに戻る
【広告】ここから広告です。ご覧の皆さまのご支援ご理解を賜りたく、よろしくお願いいたします。
【広告】広告はここまでです。
各問題の著作権は
出題大学に属します。©2005-2024(有)りるらる 苦学楽学塾 随時入会受付中！理系大学受験ネット塾苦学楽学塾(ご案内はこちら)ご入会は、
まず、こちらまでメールを
お送りください。 
