エンタルピー と聞くと何を思い浮かべますか? 物体の持つエネルギー量・・・ エントロピーとは全く別の概念・・・ 難しい数式で表されて良くわからないもの・・・ そんなイメージを持っている人も多いのではないかと思います。 確かに熱力学の教科書を読むと最初の方に何やらよくわからない数式とエンタルピーが一緒に出てきて頭が混乱してきます。でも、実際には エンタルピーは工業系の実務で使えるとても便利な考え方 なのです。 今回はそんな エンタルピーがどんな場面で利用されているのか についてイラストや動画を交えながら解説してみたいと思います。 こちらの記事は動画でも解説しているので、動画の方がいいという方はこちらもどうぞ。 エンタルピーとは? エンタルピーは物体が持つエネルギーの総量で 単位はkJ(キロジュール)やkcal(キロカロリー) です。また、単位質量当たりの物体の持つエネルギーは 比エンタルピー と呼ばれkJ/kgで表されます。工業分野では後者の 比エンタルピー が良く利用されます。 エントロピー とは名前が似ているので混同しがちですが、まったく別の考え方になります。 エンタルピーの語源は ギリシア語のエンタルポー(温まる) だと言われています。 物体の持つエネルギーと聞くと、温度に大きく関係してくるというイメージですが、 エンタルピーは温度だけではなく 圧力や体積のエネルギーも含んでいます。 このような考え方から温度によって膨張、収縮する気体には2種類の比熱が存在します。 【熱力学】定圧比熱と定積比熱、気体の比熱が2種類あるのはなぜ? 目次1. 【大学物理】熱力学入門③(エンタルピー) - YouTube. 気体の比熱が2種類ある理由2. 「Cp-Cv=R」が成り立つ理由3.
今回のテーマは「内部エネルギー」です! すっごいコアな内容ですね。でも「物理化学が分からない!」って人は、だいたいがここでつまづいているはずです。 すごく厳密な話をはじめから理解するよりも、定義を知って、それが使えるようになることがまずは重要です。 皆さんはスマホのしくみを知る前に、立派に使いこなしてスマホでゲームをやっていますよね? 勉強も同じです!まずはなんとなくイメージをして、使っていくうちに深く理解できることもあるのです。 分かるところまで頑張って取り組んでみて、実際に問題を解いて実践してみてください。 今回は、最終的にエンタルピーの定義まで繋げていきますので、ご興味のある方はご覧ください! まずは「系」をイメージする! まず、物理学では、どんな状況でも「系(けい)」というものをイメージして、物事を考えないといけません。 簡単にいうと、系というのは「気体の入った箱」みたいなもので、その中で物質のなんらかの変化を観測していきます。 その箱以外のまわりの世界を「外界」とよび、箱そのものを「境界(系と外界を隔てるもの)」っていいます。 そして、「外部から熱を加える」とか「外部から仕事(力)を加える」というのは、文字通り「系の外側」からエネルギーを与えるということです。 で、ですね。「系」には大きく分けて4つあるので、ちゃんとイメージできるようにしておきましょう! 5分で分かる「エンタルピー」熱含量とは？メリットは？理系ライターがわかりやすく解説 - Study-Z ドラゴン桜と学ぶWebマガジン. これが分からないと、物理化学はなんのこっちゃ? ?になってしまうので、超基本になります。 開いた系(開放系) 境界を通して、物質およびエネルギー両方が移動できる 孤立系 文字通り、外界と何の交流もできない系。物質もエネルギーもどちらも移動できない。 閉鎖系 物質の交換はできないが、エネルギーは交換可能。 物質が出入りしないため、物質の質量は一定に保たれている。 断熱系 閉鎖系の一部とも考えられるが、エネルギーのうち熱の交換ができない系。 熱以外のエネルギー、例えば仕事などの交換は可能。 以上、この4つの系がありますので、それぞれの特徴はイメージできるようにしておきましょう! 内部エネルギーとは? それでは、本題の内部エネルギーに入っていきましょう。 早速ですが、「系」という言葉を使っていきます。ここでは、閉鎖系をイメージしてもらえばいいかと思います。 それでは、ズバリ結論から。 内部エネルギーとは「その系の中にある全体のエネルギー」です。 具体的にどんなものがあるかというと、まずは分子の運動エネルギーです。気体をイメージしてもらえばよいのですが、1つ1つの分子は、常に動き回っていて、壁にぶつかっていますよね?
09 酸素 O 2 20. 95 アルゴン A r 0. 93 二酸化炭素 CO 2 0. 03 ※空気中には、いろいろなものが混ざっている混合気体で一定の組成を持ちます。 湿り空気 普段空気と言われるものは、乾き空気と水蒸気が混ざった「湿り空気」のことをいいます。 「湿り空気」の状態は、「乾球温度」「湿球温度」「露点温度」「相対湿度」「絶対湿度」などで表すことができます。 湿り空気の分類の一例 分類 内容 飽和空気 空気が水蒸気として含める限界に達したもの 不飽和空気 飽和空気に達していないもの 霜入り空気 空気の中の水蒸気が、小さな水滴が存在しているもの 雪入り空気 空気の中の水蒸気が、氷の結晶になって存在しているもの 「湿り空気」の比エンタルピーは、「乾き空気」1kgのエンタルピーとxkgの水蒸気の比エンタルピーを合計したものになります。
目次1. まとめ エンタルピーは 物体の持つエネルギー 温度エネルギーと圧力エネルギーを足し合わせたもの 燃料、蒸気、空気 など様々なところで利用される エンタルピーと内部エネルギーの違い は仕事を含むか含まないか エントロピーは 熱量を温度で割った値で「乱雑さ」 を表す。 等エンタルピー変化は絞り等、等エントロピー変化はタービンなどの熱機関 で利用される。 エンタルピーは燃料から動力エネルギーを生み出す熱機関では必須の考え方になります。 教科書の最初の数式を見て苦手意識を持っている方も多いかと思いますが、実際にはよく使われる便利な指標なのでぜひ有効に活用していきましょう。 ↓ この記事はこちらの参考書をもとに作成しています。伝熱に関して詳しくなりたいという方にお勧めです。
1℃、比エンタルピーが2780kJ/kgなのでエントロピーは6. 08kJ/kgKになります。 $$\frac{2780}{(273+184. 1)}=6. 08$$ こうしてみると、 飽和蒸気は圧力が大きくなればエンタルピーは小さくなっていきます 。これは、圧力が高くなると比体積が小さくなる分、存在できる範囲が狭まって「乱雑さ」が小さくなるからだと言えます。 例えると、「ぐちゃぐちゃに散らかった大きな部屋」と「同様に散らかった小さな部屋」では前者の方が「乱雑さ」が大きいというイメージです。 等エンタルピー変化と等エントロピー変化 熱力学の本を読んでいると 「等エンタルピー変化」 と 「等エントロピー変化」 というものが出てきます。 これは、何かしら変化を起こすときに「同じエンタルピー」のまま流れていくのか「同じエントロピー」のまま流れていくのかの違いです。 等エンタルピー変化 等エンタルピー変化は、前後で流体のエンタルピーが変化しないことを言います。例えば、気体の前後圧力を調整するバルブ(減圧弁)を通る時を考えます。 この時、バルブの前後では圧力は変化しますが、エンタルピーは変化しません。なぜならただ通っただけで外部に何も仕事をしていないからです。 例えば、1. 0MPaGの飽和蒸気を0. 5MPaGまで減圧した場合を考えてみましょう。 バルブの一次側は1. 0MPaGの飽和蒸気なので2780kJ/kg、温度は184℃でこの時のエンタルピーは6. 08kJ/kgKです。 $$\frac{2780}{(273+184. 08$$ これを0. 5MPaGまで減圧した場合、バルブの前後でエンタルピーが変化しないので、二次側は0. 5MPaG、169℃の過熱蒸気になり、この時のエントロピーは6. Enthalpy（エンタルピー）の意味 - goo国語辞書. 29kJ/kgKになリます。 減圧のような絞り膨張の場合、エンタルピーは変化しませんがエントロピーは増加するという事が分かります。 ※ 実際にはバルブと流体の摩擦などで若干エンタルピーは減少します。 【蒸気】減圧すると乾き度が上がる?過熱になる? 目次1. 等エントロピー変化 一方、等エントロピー変化はエンジンやタービンなどを流体の力で動かすときに利用されます。理想的な熱機関では流体のエネルギーは全て仕事として出力されると仮定します。 この時、熱機関の前後では外部との熱のやり取りがなくエントロピーは変化していないとみなします。 ※これもエンタルピーと同様、実際には接触部で機械的な摩擦損失などがあるので等エントロピーにはなりません。 【タービン】タービン効率の考え方、熱落差ってなに?