理想気体の場合、等温変化ではΔU=0になると習いました。しかし、等温変化におけるヘルムホルツの自由エ

理想気体の場合、等温変化ではΔU=0になると習いました。しかし、等温変化におけるヘルムホルツの自由エネルギーを考える時、ΔF=ΔU-TΔSのΔU=0となっていません。等温定積変化におけるヘルムホルツの自由エネルギーの式を導く時(ΔU-W=Q≦TΔS→ΔF≦0)も、定積変化なのでW=0となっていますが、ΔU=0とはなっていません。また、ギブズ自由エネルギーを考える際も、等温定圧変化であるのにΔU=0となっていません。このように、等温定積変化や等温定圧変化においてΔU=0とならないのはなぜですか。

No.3 ベストアンサー 回答者： tknakamuri 回答日時： 2023/10/12 09:03

理想気体の内部エネルギーは、

統計力学のエネルギーの等分配の法則から
分子の自由度と温度のみで決まります。
よって　等温⇒ΔU=0 は常に成り立ちます。

No.2 回答者： syotao 回答日時： 2023/10/11 16:30

理想気体の場合、等温定積でΔU＝0だから

ΔF＝ΔU－TΔS＝－TΔSだけども仕事＝0でΔU＝0だからQ=0
したがってΔS≧0だからΔF≦0
また
等温低圧でΔU＝0だから
ΔG＝ΔH－TΔS＝ΔU＋PΔV－TΔS＝PΔV－TΔSだけども
ΔU=0なのでPΔVは入ってきた熱Qに等しいが
一般にQ/T≦ΔSだから
ΔG＝Q－TΔS≦0
というふうに理想気体についてもよく知られた
ΔF、ΔGが≦0　になります。

No.1 回答者： eatern27 回答日時： 2023/10/11 13:51

確認ですが、　

>等温変化におけるヘルムホルツの自由エネルギーを考える時
>ギブズ自由エネルギーを考える際
どちらも理想気体とは限らない話が書いてあるという前提の質問で良いのでしょうか？