固体の圧力と温度の関係

固体をプレスで圧力をかけると温度は、変わらないと思うのですが
たとえば固体の耐熱温度が60度のものをプレスで圧力をかけて
耐熱温度付近まで加熱した場合、耐熱温度以上の温度がかかった
ことになるのでしょうか？

圧力が大きくなると沸点とかが下がるので耐熱温度も下がるの
でしょうか？？

気体の圧力と温度の関係は、何となく理解しているのですが
固体について詳しいページがあったら教えてください。

No.1 回答者： spring135 回答日時： 2009/04/17 12:52

個体に圧力をかけて圧縮したり、引き伸ばしたりすると個体にかかった力と変形量に比例したエネルギーが加わります。

これをはやいサイクルで繰り返すとたとえば金属では真っ赤になります。針金を曲げたり戻したりを繰り返してみてください。熱くなるのがわかります。

この回答へのお礼

回答をありがとうございます。
熱が出るのはわかりますが圧力をかけている時に
固体の物性が変わるのかがわかりません。

たとえばPET（耐熱90度）をプレス100tf/cm^2　加熱80度と
したときに耐熱温度以下なので1atm下では、物性に変化は
ないが加圧時は、耐熱温度が90度を下回るのでは
ないかを懸念しております。

言葉足らずの質問になってしまい失礼致しました。

お礼日時：2009/04/17 14:24

No.2 回答者： jamf0421 回答日時： 2009/04/17 14:34

ガスを断熱圧縮したら温度が上がるのはご承知ですね。

固体も同じです。化学反応がない条件ならば
dQ=CpdT+hdP...(1)
で、Cpは定圧比熱、h=(∂U/∂p)_T+p(∂V/∂P)_Tで負の値をとります。-hは系を圧縮するときに温度を一定に保つためにとりさらなければならない熱量です。（今の場合関係ないですが、理想気体に当てはめれば(∂U/∂P)_T=0ですからh=P(∂V/∂P)_Tとなり、PV=nRTならば、h=-nRT/P=-Vとなります。）
耐熱温度以下で加圧開始した場合でも熱をとりさらない限り温度はあがり、耐熱温度以上になりえます。ちょっと質問者さんの質問とはずれた回答ですが...

平衡圧の温度変化はClapeyron-Clausiusの関係は（Gibbs-Duhemの関係から導かれた）
dP/dT=ΔH/TΔV...(2)
によります。ここでΔH、ΔVはそれぞれ相変化にともなうエンタルピー変化と体積変化です。これと耐熱温度の変化とは別の話とおもいます。

No.3 回答者： drmuraberg 回答日時： 2009/04/17 22:49

質問者が「耐熱温度」で何を言いたいのか意味不明です。

固体物理で耐熱温度という言葉はなじみが有りません。
固体物理の熱現象が理想気体の熱力学式で説明できるとも思いません。

それに、
＜圧力が大きくなると沸点とかが下がるので耐熱温度も下がるの
でしょうか？？気体の圧力と温度の関係は、何となく理解しているの
ですが＞の記述から、
正しく、回答しても理解して頂けるかははなはだ疑問です。

回答１へのお礼から、次の様に質問を解釈し直しましたがいかがでしょうか。

PET（常圧下での熱変形温度90℃）をホットプレスで100tf/cm^2の圧力を
掛けながら温度80度に保持した時に、熱変形温度が90℃を下回るのでは
ないかと懸念します。

考えにくい状況ですが。
１）PET棒状サンプルを80℃の密閉した温浴に入れる。
２）PET棒状サンプルを下から2点で支え、サンプル上面の支点中央に
　　熱変形温度測定用の荷重棒に18.6kgf/cm2の荷重を加える。
３）同時に、密閉温浴の圧力を100tf/cm^2（単位？）に上げる。
４）ここから温度を2℃/minで上げ、変形開始温度を測る。
変形開始温度が90℃かそれ以上か以下かと言う疑問かと思います。

ポリマーは非圧縮性と見なしてよいので、温度の効果の方がより強く観測されると
思います。しかし、昇温に対するレスポンスの遅れ程度の差しか無いと思います。

No.4 回答者： jamf0421 回答日時： 2009/04/18 10:32

No2です。

回答で挙げた下の式
dQ=CpdT+hdP
h=(∂U/∂p)_T+p(∂V/∂P)_T
は熱力学の一般的な式で気体、液体、固体にかかわらず成り立つものです。理想気体の制約はありません。（お分かりになっていたのでしたら大変失礼なコメントでご容赦ください。)
ですから、hの大きさによりますが80℃に加熱したものを加圧した時（系が断熱的であるならば）温度上昇して90℃を超える可能性はないわけではありません。

また耐熱温度と加圧の関係を心配されておりますが、これにつきましても圧力上昇により温度のみならず、耐熱温度そのものも変化する可能性はないわけではないと思います。非常に一般的な例ですが、いろいろなものの相図をご覧いただけば判りますように、温度が同じでも圧力により（たとえば固体同士でも）相転移する例は多々ありますので。
PETの相図に詳しくないのですが、下記の仕事をご参考にするとか
熱測定 NetsuSokutei 32 (1), 26-33 (2005)
下記の仕事をされているGroupの仕事を追いかけて探すとか
http://www.jstage.jst.go.jp/article/koron/66/2/6 …
されてはいかがですか？熱測定の観点からされているにしても参考になるかもしれません。（もしあまり足しにならなければごめんなさいです。）

No.5 回答者： ohkinu1972 回答日時： 2009/05/09 02:13

PETの耐熱温度はガラス転移点から来ているようですので、

圧力が上がれば上昇するようです。

耐熱温度がどのような現象によって決定されているかで、
圧力がどのような影響を及ぼすかは異なります。