熱力学: 温度が関与する巨視的な現象を扱う学問分野

作成者:戸田昭彦

巨視的な現象とは,膨大な数(例えば1モル)の分子・原子・素粒子や,電磁波・光などの輻射の集団が起こす現象である。
「温かさの異なる2物体を接触させると,必ず一方向に変化が生じ,最終的には2物体とも一様な温かさの状態に至る」ことを,私たちは普段の生活で経験している。この経験事実を認め,エネルギー保存則の下で論理的に整理することで,諸法則がまとめられ応用に活かされている。
物質の状態変化や化学反応,電磁波の輻射が関与しうる全ての現象・分野の基礎となる。
熱力学 概要
熱力学 まとめ
熱力学基本法則 概略抜粋
(補1)カルノーサイクルの行う仕事
(参考0)熱力学第0法則による温度の定義
(参考1A-F)熱力学温度(絶対温度)の決定法
(参考1G)温度計の種類
(参考2)状態量の満たすべき性質
(参考3)いろいろな状態方程式と仕事
(参考4)理想気体分子運動論
(参考5)光子気体
(参考6)ファン・デル・ワールス流体
(参考7A)温度差のある伝熱,圧力差のある仕事
(参考7B-D)無限小の変化を無限にゆっくりと行う過程の可逆性
(参考8)熱機関の効率,ヒートポンプの成績係数,様々な熱機関
(参考9)q=TdS,連続的な熱源,仕事源
(参考10)熱力学エントロピー
(参考11)カラテオドリの原理とエントロピー
(参考12)分子論に基づくエントロピー
(参考13)熱力学第3法則
(参考14)同次関数に関するオイラーの定理
(参考15)等エントロピー系
(参考16)2変数の凸関数の性質
(参考17A)熱力学不等式としての熱容量,圧縮率の符号
(参考17B)粒子数の関係する熱力学不等式
(参考18)弾性の熱力学的性質
(参考19)表面張力,表面自由エネルギー
(参考20)熱雑音,黒体輻射,プランクの法則,固体の比熱,前期量子論
(参考21)エネルギーと環境
(参考22)宇宙の熱力学的進路
(発展・応用1) 相図の見方
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Since 16 Dec. 2015


<内容>
第1章 熱平衡と温度: ボイル−シャルルの法則,状態量,状態方程式
第2章 熱力学第1法則: 仕事,熱,内部エネルギー,準静的過程,熱容量,断熱変化
第3章 熱力学第2法則: クラウジウスの原理,トムソンの原理,サイクル,熱源,可逆・不可逆過程,理想気体のカルノーサイクル・スターリングサイクル,カルノーの定理,可逆・不可逆熱機関の効率
第4章 エントロピーと熱力学第2法則,第3法則: クラウジウスの不等式,理想気体のエントロピー,エントロピー増大の原理,理想気体の断熱自由膨張,絶対零度の到達不可能性
第5章 可能な変化と熱力学関数: エンタルピー,ヘルムホルツ自由エネルギー,ギブズ自由エネルギー,ギブズ−ヘルムホルツの式,マクスウェルの関係式,エネルギーの式,化学ポテンシャル,ギブズ−デュエムの関係式
第6章 熱平衡条件と熱力学不等式: 熱容量,圧縮率,部分系間の熱平衡
第7章 相平衡: 1次相転移,連続転移,相図,2相共存,クラペイロン−クラウジウスの式,ル・シャトリエの法則(平衡移動の法則),ギブズの相律,過冷却・過加熱
第8章 化学平衡:理想気体の混合のエントロピー,化学平衡の法則 (質量作用の法則),反応熱,ル・シャトリエの法則