24.熱力学第一法則（難易度：⭐️）

1. 内部エネルギー
2. 熱力学第一法則

みなさん、勉強おつかれさまです！！

前回の単元では、「気体の体積弾性率」

について勉強しました。

今回の単元からはまた少し内容がかわります！！

1.内部エネルギー

さて、「内部エネルギー」というものまずは定義しましょう。

内部エネルギーって\(U=\frac{3}{2}NRT\)じゃないの？

それはある特別な気体だけなんです！！

高校で物理を学んだ方は、

「内部エネルギーって\(U=\frac{3}{2}NRT\)じゃないの」

と思われたかもしれません！

素晴らしいです！！それももちろん「内部エネルギーの式の一つ」なのです！

すこし、詳しく説明すると、それは

「単原子分子の理想気体の内部エネルギー」

なのです！！

熱物理学を学んでいく上でいらない知識なので、

「特別な気体」ぐらいに思ってください！！

2.熱力学第一法則

さて、次にさきほど勉強した「内部エネルギー:\(U\)」が出てくる

非常に大切な法則をご紹介します。

これは「熱物理学」でもっとも有名な式といっても過言ではありません。

とはいうけれど、こんな式を見せられても

まったくわかりませんよね笑

僕はこの式を初めてみた時、頭の細胞が３つぐらい

お亡くなりになるのを感じました。

そこで一つ例を考えてみましょう。

例　ピストンを押す（断熱操作）

ピストンを押す操作を考えます！ただし、ピストンは、あついコンクリートで覆われていて

外と熱のやり取りはできないものとします。

すると、\(Q=0\)となりますね？

すると、熱力学第一法則は、

$$\Delta U = W$$

となります！

そして、ピストンを押すことを考えましょう！

すると中にある気体は押されることになります！

そうすると、「仕事をされる」ことになるので、

\( W \gt 0\)となります。

すると、

つまり、

内部エネルギーが正になります！！

さて、これはどういうことかを直感的に理解してみましょう！

ピストンを押す前、中では気体分子がこどものように動き回っています！

そして、ピストンを押すことで動ける幅が狭くなりますよね？

すると、もともと動いていた分子がその分だけより早く運動します！

ここで「内部エネルギー」の定義を思い出してみると、

「分子の運動エネルギーを全て足したもの」でした。

なので、内部エネルギーが増えます。

なので、 が成り立つのです！！

この単元は以上です！お疲れ様でした！