エンタルピー

ソース: ミッチェル ・ ウィン博士は Ketron、Asantha Cooray、PhD、物理教室 & 天文学、物理的な科学の学校、カリフォルニア大学、アーバイン、カリフォルニア州

水のポットが熱いストーブの上に置くと、熱はストーブから水に「流れ」と呼びます。2 つまたは複数のオブジェクトが互いに接触熱に配置される、熱は自発的が流れる温度の高い物体から寒いものに、またはオブジェクト間の温度を均一にする傾向がある方向。たとえば、室温水のカップに氷を入れて、アイス キューブに流れる水からの熱と溶け出します。多くの場合、用語「熱」一貫性のないに通常使用されて何かの温度を単に参照してください。熱力学においては、作業のように、熱はエネルギーの伝達として定義されます。熱は、温度の相違のため、別の 1 つのオブジェクトから転送エネルギーです。

さらに、任意の隔離された熱力学システムの総エネルギー量は一定のエネルギー システム内で異なるオブジェクトが送受信することができ、エネルギーの異なる種類に変換できるが、エネルギーを作成または破棄することはできません。これは熱力学の最初の法律であります。別のビデオが、熱と熱力学的プロセスのコンテキストで説明した省エネ法に非常に似ています。水でアイス キューブの熱力学の最初の法律が無効であった場合、予想されるであろう水の分離常温カップに追加のアイス キューブがエネルギーの創造を意味する水を沸騰させるを原因となります。

内部エネルギー、温度、および熱間の明確な区別があります。物質の内部エネルギーは、物質中のすべての分子の総エネルギーを指します。その温度は、すべての個々 の分子の平均の運動エネルギーの尺度です。熱平衡隣同士に休んで他の 1 つの半分のサイズで 2 つのホット金属を検討してください。彼らの両方は、同じ温度が金属の小さい部分が他のものより半分の熱エネルギー。最後に、熱、前述のようが別のオブジェクトからエネルギーの転送です。

熱は、オブジェクトに流れ、物体の温度が上昇します。ただし、温度の上昇量は熱が流入する材料の種類によって異なります。、 Q、任意の品目の温度を変更するために必要な熱の量は温度変化 ΔT、現在材料の質量mに比例します。この簡単な関係は表されます。

Q = mc ΔT (式 1)

cは比熱と呼ばれる材料の特徴的な品質 (または比熱容量とも呼ば)。方程式 1を再配置を与えます。

c = Q / (m ΔT)。 (式 2)

それ故に、比熱の単位は j. です。比熱は物質 1 g を 1 ° c 上げるに必要な熱の量として記述することができます。標準大気圧での水の比熱は 4.18 J/(g°C) 知られています。つまり、4.18 J のエネルギーは 1 g の水に渡すと、その温度が 1 ° c 上昇だろうただし、その周辺から水のサンプルを十分に分離が前提です。そうでない場合水に転送されているエネルギーの一部は、例えば水が周囲の空気を取り巻く環境に失われてでしょう。この種のエネルギー損失、または転送、「作業を行っている」システムと呼ばれます熱力学の最初の法律は、としてを記述できます。

ΔU = Q - W、 (式 3)

Uがシステムの合計の内部エネルギーは、 Qは、システムに追加熱とWシステムによる作業です。

この演習は、"コーヒー カップ熱量計、「本質的に発泡スチロールのコップであるを機能します。発泡スチロールは、システム、作業を行いますので、十分にカップの周囲から内部の物質を隔離し、 W = 0。

1 鉛の比熱容量を測定し、熱力学の最初の法則を実証します。

1. スケール、鉛サンプル、2 つの発泡スチロール カップ、300 mL (または大きい) のビーカー、加熱要素、温度計、文字列の一部を取得、常温、スタンドに接続されているロッドの水クランプ、メスシリンダーとはさみ。
2. 他のカップのふたとして機能し、発泡スチロールのカップの 1 つの上から小さな部分をカットします。底には、十分な大きさがない温度計の胴回りよりも大きいを合わせて温度計の小さい穴を作る。
3. 220 mL のメスシリンダーを使用して水を測定し、そのまま発泡スチロールのコップに注ぐ。また、水 220 g を量ることができます。
4. 水のカップの上に変更された発泡スチロールのコップを置いて、ふたの役割を果たしますきちんと収まっていることを確認します。ない場合は、適切な変更を加えます。
5. 水の温度を測定し、表 1にそれを記録します。水は室温であるべきであります。
6. 鉛サンプルすることができます完全に浸漬して、十分な水でビーカーを埋めます。水をビーカーにサンプルを置き、十分な水があることを確認します。加熱要素を使用してを沸騰に水を熱する。
7. 鉛のサンプル文字列を接続して、沸騰したお湯に中断することができます。アクセス後、サンプルを移動するための文字列で、水のサンプルの場所。
8. サンプルで沸騰したお湯が熱平衡に少なくとも 5 分を待ちます。沸騰したお湯から鉛のサンプルを削除すると、それは非常に急速に温度の下降が。沸騰したお湯の外のサンプルの温度を測定します。コーヒー カップの熱量計にその温度を服用後すぐにサンプルを配置するに進んでください。100 ° C を下回ることがあります。表 1にこの温度を記録します。
9. コーヒー カップ/鉛システム周りを旋回すると、均一混合物を確保します。それを変更としては、温度計の温度を見る。それは変化しなく、一度は、表 1にその温度を記録します。
10. 水と鉛サンプルの変更温度を使用して、水の比熱、式 1を使用して鉛の特定の頭を計算します。

表 1に記録された値を使用して、鉛の比熱を計算できます。熱力学の最初の法律、それはエネルギー システム内で異なるオブジェクト間で転送できますが、エネルギーは作成されず孤立したシステムで破壊を知られています。鉛の熱い部分がコーヒー カップの熱量計に入れて、熱に供給するリードから、水と熱伝達が保存されています。つまり、 Q_を鉛の熱出力に等しい熱量Q_では、水の

Q_をQ_で=.(関係式 4)

ように式 3、全エネルギー Uは一定です。式 1を使用して、式 4同等として記述できます。

m_リードc_リードΔT_リードm_水c の_水を = ΔT_水。(式 5)

4.18 J/(g°C)、表 1の情報を知られている水の比熱と、 c_リードはの解決ことができます。

_リードc = (m_水c_水ΔT_水) / (m_リードΔt_リード) (方程式 6)

= (220 g · 4.18 J/(g C^o) · 1.2 ° C) / (43.4 C^o · 201 g)

0.127 J/(g°C) を = します。

鉛の比熱の許容値は、ここでの結果は、1.5% の違いだけとの良い一致で 0.128、です。

表 1。実験結果。

	Tは私(° C)	Tf (° C)	m(g)
水	18.5	19.7	220
リード	63.1	19.7	201

熱力学の最初の法律は全体に適用されるあらゆる種類のエネルギーの転送と変換が場所を取るかが、宇宙エネルギーを作成または宇宙全体を破壊することができます。植物は、有機分子、その後食べるの多くに格納されている化学エネルギーに太陽光エネルギーを変換します。多くの私たちの電気を生成する原子力発電所は、電気を発生させてタービンを回す蒸気を生成するのに熱い放射性棒から熱転送を使用します。冷蔵庫は電気をシステムから引く熱を使用して動作します。蒸発冷却とコンデンサーが否定的な熱伝達を有効にする冷蔵庫で作業を行います。

熱伝達は、熱い鉛および居室温度水の部分間のクローズド システムで観察されました。比熱容量は、分量の水と鉛の温度変化を測定することによって測定しました。発泡スチロール カップ システムはその環境から十分に絶縁されていない場合、システムからの熱だろうがされて失った - 他の言葉で、湯/鉛は式 3のように、周辺の作業を行っているでしょう。この演習で実行する計算は難しくする周囲の空気は容易にその周囲に熱を放散するため、されているが、場合場合、。発泡スチロールのカップはよい絶縁体として機能するため、システムは周囲の空気の独立したと考えられました。熱力学の最初の法律がないエネルギーが作成または実験; の間に破壊されたと認められました。クローズド システムのエネルギーは保存されます。