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(その21の続き)

これをちょっと空気塊に置き換えて考えてみましょう。空気塊1kgがあります。じゃあここで仕事するというのはどんな力で仕事をするかと言うと圧力です。圧力Pが加わったことによって空気塊1kgがドンと大きくなりました。今大きくなった、膨脹したということが上で言うところの仕事ですね。先ほどのは距離がLほど進んだということですけれども、こっちは大きくなったということで表されまして、ΔW=PΔαというふうに表します。αとは何かと言うと比容です。比容って何かと言うと、単位質量1kg当たりが占める体積のことを表すんですね。だから気圧Pによって体積がどれだけ大きくなったかということで仕事の量を表しているのが熱力学の第一法則で熱量をちょっともらったときの仕事ということです。これが仕事量ですね。

もう1つ項があります。Δuというのがあります。これは内部エネルギーですね。温度がどれぐらい変わるかということなのですけれども、ここで重要なのが気体の内部エネルギーというのは温度だけに依存します。どういうことかと言うと、大きい空気塊が1kg、小さい空気塊が1kg、共に20℃の場合、この内部エネルギーは同じです。2つの空気塊の内部エネルギーは同じということなんですね。ですから、温度がΔTだけ変化したときの内部エネルギーΔuというのはこういうふうに表されます。Δu=CΔT。このCがポイントになってくるんですね。

今言った熱力学の第一法則、ΔQ=ΔW+Δu、これはそれぞれ仕事量と内部エネルギーですけれども、それぞれ今、式を作りました。ΔW=PΔα、Δu=CΔT、これをまとめるとこんなふうになります。ΔQ=PΔα+CΔT。記号だけで見ると本当によく分からないですけれども、要するにいくばくかの熱量ΔQを与えられたら、少し膨らんだとか少し縮んだという仕事をした、そして空気塊の中の温度が変化したというのを表しているんです。熱が仕事と温度変化に使われたということを表しているわけですね。

(その23へ続きます)

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