どうして気体を圧縮すると熱を放散するの？

Question

BookerL · Accepted Answer

No1です。
　No2、No4 の方の回答に誤解があるようなので一言。

　お二人とも空気分子をたとえで説明されています。モデルを用いた説明自体が悪いと言うことはないのですが、ドッジボールコートやストーブのモデルは、今回の問題の説明としては不適切だと思います。

　No2：
＞　場所が広いと、分子の密度は少なくなり、のびのび動け、圧力が下がります
とあり、これは問題ありませんが、
＞　狭いと、密度が高くなり、互いにぶつかり合うなどして、運動エネルギーが高くなり、熱が発生します
これは、はっきりと間違いです。気体分子が互いにいくらぶつかり合っても、運動エネルギーは増えませんし、温度は上がりません。そうでなければ、狭いところに気体を閉じこめておけば勝手にどんどん温度が上がってしまうことになります。
　温度が上がる＝気体分子の運動エネルギーが増えるのは、互いの衝突ではなく、外部からのエネルギーによります。


　No3：
　ストーブは時間と共に熱エネルギーを放出していますが、気体分子は時間が経っても、自身が熱をまわりに出すことはありませんので、今回のテーマでのたとえとして不適切です。
　ストーブなら狭い部屋でなくても、締め切った部屋にあればだんだん部屋の温度が上がりますが、気体分子はいくら狭いところに閉じこめられても、時間が経つだけで温度が上がることはありません。

　どちらも「狭いところに閉じこめられた気体が、自分自身で熱を発生する」と考えておられるようですが、気体の持つエネルギーが増えるのは外部からエネルギーをもらったときだけです。外部からのエネルギーは「熱」と「仕事」によって与えられる、というのが熱力学第１法則です。

debukuro · Answer

概念的な考え方で
気体分子の一つ一つをストーブと思ってください。
気体分子はそれぞれがエネルギー（熱）を持っています。
圧縮するということはストーブの数を減らさずに部屋を狭くすることです。
当然部屋の温度は広かったときよりも上がります。
温度が上がるので外部への熱の放出量が多くなるのです。

htms42 · Answer

＃１で書かれているとおりだと思います。

圧縮という過程で温度が上がります。外部から仕事をしています。
力を加えて移動すると仕事をするというのが物理で出てきます。まだ習っていないかもしれませんね。
仕事をすればしたほうのエネルギーが減りますがされたほうのエネルギーが増えます。箱の中の気体のエネルギーが増えたということは温度が高くなったということになります。
圧力と体積が反比例するというボイルの法則を習うと思いますがこれは温度一定の場合です。圧縮によって温度が高くなったとしたらその熱を外部に逃がしてしまってもとの温度にまで下がった状態で比較しています。狭いところにいるから温度が高いというのではありません。狭いところに押し込めるという途中の操作で温度が高くなります。

球の衝突のイメージで分子の運動を考えて見ます。
動かない壁に球が衝突して跳ね返るときと動いている壁に衝突して跳ね返るときで衝突後の速さが異なりますね。
∥　　　○
壁が止まっているときの衝突後の球の速さをＶとします。
（１）壁が右に動いているときの衝突後の速さはＶよりも大きいです。
（２）壁が左に動いているときの衝突後の速さはＶよりも小さいです。
（１）が圧縮の場合です。（２）は膨張の場合です。

圧縮の場合、速さが速くなりますから運動エネルギーが大きくなります。気体（気体分子の集合体）で言うと温度が高くなったことになります。膨張はその逆です。

球が壁に衝突したときの衝撃が壁にかかる圧力になります。壁を押し続けないと圧縮は続きません。押すためにエネルギーを使います。これが仕事です。

134 · Answer

たとえ話です。
ドッヂボールをしたとします。
人数が同じで、コートを狭くしたら、きっとハードですよね。

温度というのは、分子の運動エネルギーです。
場所が広いと、分子の密度は少なくなり、のびのび動け、圧力が下がりますけど、狭いと、密度が高くなり、互いにぶつかり合うなどして、運動エネルギーが高くなり、熱が発生します。

BookerL · Answer

質問されているのが中学生か高校生程度かな、としての回答です。

　「熱を放散」というのは少し違います。

　気体を圧縮するとき、外から力を加えて押し込みますので「仕事」がされます。この仕事が、気体分子の運動を激しくするので、気体の温度が上がります。だから、「気体を圧縮すると温度が上がる」ということになります。
　圧縮された気体の温度が上がるのは、摩擦によってこすられた物体の温度が上がるのと似ています。どちらも「仕事をされた物体の温度が上がる」という点で共通しています。

　温度が上がった結果、その気体がまわりに熱を放散することはありますが、それは、「高温の物体が熱を放散する」ということで、「圧縮された気体が熱を放散する」というのとはちょっと違います。

どうして気体を圧縮すると熱を放散するの？

No1です。

概念的な考え方で

＃１で書かれているとおりだと思います。

たとえ話です。

質問されているのが中学生か高校生程度かな、としての回答です。

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