主な相違点 – 等温過程と断熱過程

熱力学では、等温過程と断熱過程という概念を用いて、熱力学系の挙動と温度変化との関係を説明します。

等温過程とは、一定の温度下で起こる過程であるが、系に関する他のパラメータはそれに応じて変化させることができる。

断熱過程とは、系とその周囲との間で熱の移動が起こらない過程を表す。

ここでは、熱の移動が起こらないように、系の温度を変化させる必要がある。

このことから、等温過程と断熱過程の主な違いは、等温過程が一定の温度下で起こるのに対し、断熱過程は温度を変化させながら起こるということである。

等温プロセスとは何か

等温過程とは、一定の温度で起こる熱力学的過程のことである。

つまり、温度が一定である系で等温過程が起こる。

系の温度を一定に保つためには、熱を系から出すか、系に入れるかしなければならない。

それとは別に、等温過程の進行中に、内部エネルギーのような系の他のいくつかの要素も変化する。

系の温度を維持するために、系をヒートバスの中に入れておくことができます。

そして、熱浴の温度を調節することで、系の温度を適切に制御することができる。

図1: 理想気体に関する等温過程の曲線。

等温過程には、物質の相変化、物質の融解、蒸発などが含まれる。

等温過程の工業的な利用例として、カルノー式熱機関があります。

系の温度を維持するためには、系に仕事をするか、系が周囲に仕事をする必要があり、気体に仕事をすると内部エネルギーが増加し、温度が上昇する。

気体に仕事をすると内部エネルギーが増え、温度が上がりますが、温度が必要以上に高くなると、気体が周囲に仕事をすることになります。

すると、エネルギーが熱として周囲に放出されるため、系の温度は下がります。

断熱プロセスとは？

断熱過程とは、ある系とその周囲との間で熱の移動がない状態で起こる熱力学的過程のこと。

ここでは、熱も物質も系の内外に移動しない。

したがって、断熱過程では、エネルギーは仕事としてのみ周囲と伝達される。

図2: 断熱過程

断熱過程は、その過程を素早く行うことで維持することができる。

例えば、シリンダー内の気体を素早く圧縮すると、システムが周囲に熱エネルギーを伝達する時間が足りなくなる。

断熱過程では、系が行う仕事によって、系の内部エネルギーが変化する。

等温過程と断熱過程の違い

定義

等温過程。

等温過程: 一定の温度で起こる熱力学的過程。

断熱過程。

断熱過程とは、系とその周囲との間で熱の移動がない状態で起こる熱力学的過程のことである。

熱伝導

等温過程。

等温過程：熱の移動は等温過程で観察される。

断熱過程。

断熱過程：熱の移動は見られない。

温度

等温過程。

等温過程の場合、温度は一定です。

断熱過程。

断熱過程では、温度を変化させることができる。

作品

等温過程。

等温過程：等温過程では、系の正味の熱量が変化することで仕事が発生する。

断熱過程。

断熱過程では、行われる仕事はその内部エネルギーの変化によるものです。

結論

等温過程と断熱過程は熱力学的過程です。

これらの過程は、系の内部エネルギーとその変化との関係を記述する。

等温過程と断熱過程の主な違いは、等温過程が一定の温度で起こるのに対し、断熱過程は温度を変化させながら起こることである。