6.5:
運動の定量化
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運動の定量化
システムが変化すると、内部のエネルギーが変化し、システムから周囲、または周囲からシステムにエネルギーを移すことができます。
熱と仕事によってエネルギーが伝達されます。 内部エネルギー、熱、および仕事の関係は、次の式で表されます。
熱が観測された温度変化の関数であるのに対し、仕事は圧力-体積の仕事と呼ばれる観測された体積変化の関数です。 仕事（ w ）は、ある距離（ D ）を通る力（F ）として定義できます。
圧力 – 体積の仕事（または膨張の仕事）は、システムが拘束圧力に反して周囲を押し戻すか、周囲がシステムを圧縮するときに発生します。 この例は、内燃エンジンの作動中に発生します。 ガソリンと酸素の燃焼反応は発熱します。 このエネルギーの一部は熱として放出され、一部はシリンダ内の気体を膨張させてピストンを外側に押すことで、仕事として実行されます。 反応に関与している物質がシステムであり、エンジンや残りの宇宙が周囲です。 システムは、熱と周囲の仕事の両方によってエネルギーを失い、内部エネルギーが減少します。
シリンダの体積が増加すると（気体が膨張するなど）、外部の力に抗って押されます。これが単位面積あたりの力として定義された圧力です。
方程式 2 と 3 から：
面積と距離（ A × D ）の積は、シリンダ内のガスの体積の変化（ Δ V ）と等しくなります。
したがって、
膨張中に体積が増加するため、 Vfinal > Vinitial 、および Δ V は正の値になります。 ただし、正の膨張（つまり、システムが周囲で仕事する場合）では、 w は負である必要があるため、負の符号が関係式に追加されます。
この方程式によると、圧力 – 体積の仕事は、外圧（または対向圧）のマイナスに体積変化を掛けた値です。
この方程式に基づく仕事の単位は L·atm です。 その他の便利な変換係数は次のとおりです。
このテキストは 、 Openstax, Chemistry 2e, Section 5.3: Endalpy から引用しています。
Suggested Reading
- Schmidt-Rohr, Klaus. "Expansion work without the external pressure and thermodynamics in terms of quasistatic irreversible processes." Journal of Chemical Education 91, no. 3 (2014): 402-409.
- Gislason, Eric A., and Norman C. Craig. "General definitions of work and heat in thermodynamic processes." Journal of Chemical Education 64, no. 8 (1987): 660.
- O'Loane, J. Kenneth. "Adiabatic changes: Reversible and irreversible changes involving only pressure-volume work." Journal of Chemical Education 30, no. 4 (1953): 190.