熱力学 自由膨張

断熱自由膨張膨張では温度の変化はありません
断熱でない自由膨張はどうなるのですかそれとも温度の変化がないのですから断熱自由膨張と同じですか
宜しくお願いします

No.4 回答者： a.na 回答日時： 2020/09/23 15:00

熱力学ではエネルギーの移動手段として、熱Q と 仕事 W を考えます。

この時熱や仕事の出入りがある時その変化量を dQ, dW と記載します。
エネルギーの出入りを観察する対象物を系と言います。
系のエネルギー変化は　dU = dQ + dw　となります。

観察する系が外界から熱を貰ったり、与えたりしない時「断熱」と言います。ですから断熱の時 dQ = 0 となります。
観察する系が外界に仕事をせずに膨張することを「自由膨張」と言います。ですから自由膨張の時 dW = 0 となります。

ですから断熱自由膨張の時、系のエネルギーの出入りは
dU = dQ + dW = 0 + 0 = 0
となりエネルギーの出入りはありません。

＞断熱でない自由膨張はどうなるのですか
「断熱でない」とは系と外界との間に熱の出入りがあることです。この時外界には3種類の条件が考えられます。各々熱の出入りは下記の様になります。

系より外界の温度が低い時には、系から外界に熱が移動しますですから　dQ < 0
系と外界の温度がひとしい時には、熱の移動は起こりませんから　　　　dQ = 0
系より外界の温度が高い時には、外界から系に熱が移動しますですから　dQ > 0

この理論が成り立つのは、分子間力がない理想気体の時に限られます。理想気体でないときは、分子間力を引き離すのにエネルギーが使われ、系の温度は下がります。

No.3 回答者： ナッキーナッキー 回答日時： 2020/09/22 23:10

もちろん温度変化を伴います。

断熱自由膨張膨張の場合の熱力学第１法則は
Ｑ＝０，Ｗ＝０ですから、ΔＵ＝０
でも、断熱でないなら、
Ｑ≠０，Ｗ＝０ですから、ΔＵ＝Ｑ

No.2 回答者： tknakamuri 回答日時： 2020/09/22 18:07

断熱でないと、外部と熱のやり取りがあるので

多少温度に変化があるかもしれないです。

でも、聞きたいのは「自由ではない」(=外部へ仕事をする)膨張
ではないですか？
断熱膨張では、外部にした仕事分だけ温度は下がります。

No.1 回答者： syotao 回答日時： 2020/09/22 17:29

断熱自由膨張は理想気体がその膨張の前後で仕事をしないし

外部からの熱の出入りがない。だから内部エネルギーに変化がないので
温度も変わらない。
しかし断熱でない場合外部からの熱の出入りがあるから
膨張の前後で内部エネルギーが変化するから
温度が変わらないというわけにはいかない。