【無料配信♪】Renta !全タテコミ作品第1話

「質量100g,温度100℃のアルミニウム塊(比熱0.9J/g・K)を質量100g,温度15℃の水(比熱4.2J/g・K)に入れたとき、アルミニウムのエントロピーの変化を求めよ」という問題です。
まず、平衡温度をtとおくと0.9(100-t)=4.2(t-15)よりt=30℃
次に、エントロピーの変化
dS=∫d'Q/T
=∫(100g×0.9J/g・K)dT/T
=90J/K×log(303/373)
=-8.12
となると思うのですが、解答ではlogの中身をセ氏温度のまま計算しています。物理の計算では基本的にケルビン温度に直すものだと思っているのですが、エントロピーの計算ではセ氏温度のままやるものなのでしょうか?

このQ&Aに関連する最新のQ&A

A 回答 (2件)

ケルビンで計算するものです。



摂氏で計算しても意味の無い数字が出てくるだけですね。

なんかの間違いでしょう。
    • good
    • 0
この回答へのお礼

解答ありがとうございます。
大学の教科書の問題だったのですが、間違いみたいですね。
ケルビンで計算します。

お礼日時:2009/02/09 17:50

単純に考えて、摂氏で計算すると0℃以上の時と、0℃以下の時のエントロピー変化を求めることはできなくなってしまいますね




つまり、ケルビンでなくてはおかしいです
    • good
    • 0
この回答へのお礼

回答ありがとうございました

お礼日時:2009/02/09 17:51

このQ&Aに関連する人気のQ&A

お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!

このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています

このQ&Aを見た人が検索しているワード

このQ&Aと関連する良く見られている質問

Q熱力学:平衡温度の計算について

http://oshiete1.goo.ne.jp/qa4698330.html
上のURLの質問をした者です。
エントロピーの計算について手持ちの教科書でセ氏温度で計算されていたのはおかしい、という結論がでたのですが

>>まず、平衡温度をtとおくと0.9(100-t)=4.2(t-15)よりt=30℃

ここもケルビン温度で計算するべきなのではと思います。
教科書ではセ氏温度で計算していて30℃となっていましたが、
ケルビン温度で計算するのが正しいでしょうか?

Aベストアンサー

すべてケルビンで考えたとして

0.9{(100+273)-t}=4.2{t-(15+273)}
で計算すると
5.1t=(0.9+4.2)*273+(0.9*100+4.2*15)
より、t=273+30[K]

で結局同じになります


ただ、ケルビンで統一した方がベターだとは思います

Qエントロピー変化の計算

完全気体の圧力がPiからPfまで等温変化するときのエントロピー変化を計算せよ、という問題があります。しかしどのように計算すれば良いのか分かりません。この答えはΔS=nR*ln(Pi/Pf)だそうです。

以下は自分の考えです。
dS=dq/T と表されるのでΔS=∫(dq/T)=q/T (積分範囲はi→f)となり、熱を求めようと思いました。
等温変化なのでΔU(内部エネルギー変化)=q+w=0 (q:熱 w:仕事)が成り立ち、q=-wとなり、仕事を求めばいいと思うのですがどのようにwを求めていいのか分かりません。圧力一定で、体積が変化する場合なら求められるのですが・・・。

どなたかお分かりになる方、教えていただければ幸いです。

Aベストアンサー

なんだか、質問も回答もいまひとつ混乱しているようなので強いて補足させてもらうと、
まず熱力学第一法則というのはdQ=dU+pdV
これは、系(気体)に加えられた微小熱量dQが、
系の内部エネルギーの微小変化量dUと、系が行った
微小仕事pdVの和になるということです。

それで、今は等温変化だから、理想気体ではdU=0
よって、dQ=pdV
そして、可逆過程ではdS=dQ/T
よって、系のエントロピー変化の"総量"は
∫dS=∫pdV/T=∫p/TdV また、pV=nRTより両辺の微分を取ると
d(pV)=d(nRT)⇔pdV+Vdp=nRdT(nもRも定数だからです)
そして今dT=0より、結局pdV=-Vdp 状態方程式でVをpであらわし
よって、∫dS=∫pdV/T=∫-Vdp/T=∫-(nR/p)dp
=-nR[logp](p=pi~pf)
=nRlog(pi/pf)

余談ですけど、なぜ可逆過程なのにエントロピー変化があるのかというと、ひとつは、断熱系と混同しがちだからです。dS≧dQ/Tというのが、一番基本的なものなのです。断熱系dQ=0の場合のみdS≧0となりエントロピー増大則になります。また
等温変化の可逆過程では、dS=dQ/Tと、=になりましたけど、
これを高熱源や低熱源を含めた全体の系に適用すると、全てを含めた全体は断熱系になっているから、
dQ=0より、エントロピー変化はありません。
質問の場合なら、一見エントロピーはΔS=nR*ln(Pi/Pf)
と増加しているようですが(膨張を過程),それは気体のエントロピーのみ考えているからであり、
完全気体が高熱源から準静的に熱量Qをもらっている
はずで、逆に言うと高熱源は熱量Qを失っています。
だから、高熱源はエントロピーQ/Tだけ失っているから
完全気体と高熱源をあわせた系のエントロピー変化は
-Q/T+nR*ln(Pi/Pf)=0となって、結局全体で考えれば
エントロピー変化はありません。カルノーサイクル
の例も一応挙げとくと、
高熱源のエントロピー変化量:-Q/T1
低熱源〃:(Q-W)/T2
ですけど、カルノーサイクルの効率は1-(T2/T1)より
W=Q(1-T2/T1)∴低熱源:Q/T1となって、高熱源と低熱源
をあわせた系全体のエントロピーの変化はありません。

なんだか、質問も回答もいまひとつ混乱しているようなので強いて補足させてもらうと、
まず熱力学第一法則というのはdQ=dU+pdV
これは、系(気体)に加えられた微小熱量dQが、
系の内部エネルギーの微小変化量dUと、系が行った
微小仕事pdVの和になるということです。

それで、今は等温変化だから、理想気体ではdU=0
よって、dQ=pdV
そして、可逆過程ではdS=dQ/T
よって、系のエントロピー変化の"総量"は
∫dS=∫pdV/T=∫p/TdV また、pV=nRTより両辺の微分を取ると
d(pV)=d(nRT)⇔pdV+Vdp=nRdT(nもRも定数...続きを読む

Qエントロピー変化の問題について質問があります。

エントロピー変化を求める問題なのですが・・・分かる方がいらっしゃればお願いします。

[問] 理想気体1molの状態が(V1,T1)から(V2,T2)に可逆変化する。この時のエントロピー変化を求めよ。ただしこの理想気体の定容熱容量はCvとする。

Aベストアンサー

物質量 n の理想気体のエントロピー変化 ΔS は

 ΔS = n・R・ln(V2/V1) + n・Cvm・ln(T2/T1)

で与えられます。ただし V1,T1 はそれぞれ始状態の体積と熱力学温度で V2,T2 はそれぞれ終状態の体積と熱力学温度です。また この理想気体のモル定容熱容量 Cvm は温度に依存しないものとしました。R は気体定数です。

この式に n = 1mol, Cvm = Cv/1mol を代入するとエントロピー変化は

 ΔS = 1mol・R・ln(V2/V1) + Cv・ln(T2/T1)

になります。エントロピーは状態量なので、同じ始状態から同じ終状態への変化であれば ΔS は変化の過程に依存しません。可逆変化でああろうと不可逆変化であろうと同じ値になります。

Qエントロピーの求め方

専門でないので初心者です。
エントロピーの求め方についての質問です。

参考書には等温での圧力変化の際のエントロピーを求める式(ΔS=nRln*Pa/Pb)や、逆に等圧での温度変化の際のエントロピーを求める式(ΔS=Cpln*Tb/Ta)が載っていました。

では、圧力も温度も変化する際にはどのようにしてエントロピーを求めたら良いのでしょうか。モル熱容量は与えられています(5/2*R)。

詳しい方、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

エントロピーを温度と圧力の関数として微分を取ると

dS = (∂S/∂T)p dT + (∂S/∂p)T dp

熱容量の定義から

(∂S/∂T)p = Cp/T

Maxwellの関係式から体膨張率をα=(1.V)(∂V/∂T) pとして

(∂S/∂T)p = -(∂V/∂T)p = -Vα

なので

dS = (Cp/T) dT - Vαdp

単原子理想気体ならCp = (5/3)nR、α= 1/T、状態方程式がPV=nRTなので

dS = (5/3)nR(dT/T) - (V/T)dp = (5/3)nR(dT/T) - nR(dp/p)

これを求めたい経路で積分すればよいが、エントロピーは状態量なので始状態と終状態を等温線と等圧線でつないで温度の項と圧力の項をそれぞれ独立に積分すれば同じ結果が得られる。

Q内部エネルギーとエンタルピーの変化量

理想気体1molが1bar下で273Kから373Kまで温度変化した時のΔUおよびΔHを求めよ。ただし、定積モル熱容量Cv=(3/2)R、定圧モル熱容量Cp=(5/2)R。
また、ΔH-ΔUは何に対応する物理量であるか?

このような問題があるのですが、どのような式で解いていけばよいのでしょうか?
ΔU=(5/2)R(373-273)では間違ってますでしょうか?

よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

#1です。お礼について、
>1bar下でとありますが、ΔU=(3/2)R*ΔTになるってことですか?

理想気体だから。

この問題を普通に考えると、定圧変化だから、
ΔH = CpΔT = (5/2)R*ΔT
R = 8.31447 J /(mol*K)
で、
ΔH = 2078J/mol

一方、
ΔH = ΔU + pΔV
ΔU = ΔH - pΔV
ΔH - ΔU = pΔV

pΔV これはなんだか考えてもらうとして、

pΔVがわかればΔUが計算できる。
ΔV = V0 * p0/p * (T-T0)/T0
V0:理想気体のモル体積=2.241*10^(-3)m^3/mol
p0:標準状態の圧力=1.013*10^5Pa
T0:始めの温度=273K

p = 1bar = 1.000*10^5Pa
T=373K

ΔV = 2.241*10^(-3)m^3/mol *(1.013*10^5Pa/1.000*10^5Pa) * (373K-273K)/273K
pΔV = 831.6J/mol

だから、
ΔU = ΔH - pΔV = 2078J/mol - 831.6J/mol = 1246.4J/mol

ということになる。

ところで、
理想気体だから、

pΔV = RΔT = 8.31447 J /(mol*K) * (373K-273K) = 831.4J/mol
ΔU = Cv*ΔT = 3/2*R*(T-T0)=1247J/mol

の方がずっとらくだね。

#1です。お礼について、
>1bar下でとありますが、ΔU=(3/2)R*ΔTになるってことですか?

理想気体だから。

この問題を普通に考えると、定圧変化だから、
ΔH = CpΔT = (5/2)R*ΔT
R = 8.31447 J /(mol*K)
で、
ΔH = 2078J/mol

一方、
ΔH = ΔU + pΔV
ΔU = ΔH - pΔV
ΔH - ΔU = pΔV

pΔV これはなんだか考えてもらうとして、

pΔVがわかればΔUが計算できる。
ΔV = V0 * p0/p * (T-T0)/T0
V0:理想気体のモル体積=2.241*10^(-3)m^3/mol
p0:標準状態の圧力=1.013*10^5Pa
T0:始めの温度=273K
...続きを読む

Qエントロピー変化の計算について

エントロピー変化の計算について
1.00molのHe(理想気体)が25℃、1.50atmから-75℃、12.0atmに変化するときの、エントロピー変化を求めよ。
定圧条件下、定容条件下の公式どれにもあてはまらないと思うのですが、いったいどの公式を使えばよろしいのでしょうか。解き方を教えて下さい。

Aベストアンサー

可逆定圧過程、可逆定容過程
の2つの過程で分けて1.50atmから-75℃、12.0atmに変化するときを考えればOKです。

エントロピーは状態量ですから、その変化量は経路に依存しません。

もちろん、可逆等温過程、可逆定容過程でも可能です。
(計算的にはこっちが楽かな)

Qこの場合のギブスエネルギーの変化量を教えてください

大学二年生の化学熱力学の教科を学んでいるのですが。。。
全くわからない問題があります!
室温298K、0.022molの理想気体が圧力が17.0MPaから100KPaに変化した。
この過程でのギブスエネルギーの変化量はいくらか。
という問題です。
物質量はどこで使うのですか?
計算過程もお願いします。
また、こういう問題は何を考えれば解けるのかアドバイスお願いします。

Aベストアンサー

ギブス自由エネルギー(G)の定義は
G = H - TS
H: エンタルピー (J)
S: エントロピー (J/K)
T: 環境温度 (K)

ギブス自由エネルギー変化量(ΔG)は
ΔG = ΔH - TΔS

エンタルピー,エントロピーは対象とする系の
1)温度
2)圧力
3)物質の相の数
4)各相での各成分量
が決まると計算できます。

言いかえると、上記1)2)3)4)のどれかが変化するとエンタルピー,エントロピー、そしてギブス自由エネルギーも変化します。

問題を上記1)2)3)4)に照らし合わせると、
1)温度は変化したと記述していないので一定
2)圧力は17MPaから100KPaに変化
3)相(気相、液相、固相)の数は理想気体が凝縮して液体になった、と記述していないので一定
4)各相での各成分量、この場合、気相の理想気体の種類が増えた減った、0.022molが増えた減ったと記述していないので一定

3)4)はちょっと強引なところありますが、幅広く題意を捉えるための説明です。

まずエンタルピー変化ΔHを計算します。
結論から言うとΔH = 0です。
理想気体1mol当たりのエンタルピーは温度変化した場合にのみ変化し、圧力により変化しません。
これは理想気体の状態式(PV=RT)とエンタルピー計算式(微分形で与えられます)から導出されます。
圧力は変化していますが温度が変化していないのでΔH = 0。

次にエントロピー変化ΔSを計算します。
理想気体1mol当たりのエントロピーは温度変化、圧力変化で変化します。
温度変化は無いので温度変化相当のΔSは0。
圧力変化相当のΔSは理想気体の状態式(PV=RT)とエントロピー計算式(これも微分形)から導出され
-nR*ln(P1/P0)・・・微分形を圧力P0からP1まで積分した結果
となります。

n 理想気体mol数: 0.022 (mol)
R 理想気体定数: 8.31 (J/mol.K)
P0 変化前の圧力: 17MPa = 17000KPa
P1 変化後の圧力: 100KPa

圧力変化相当のΔS = - 0.022 x 8.31 x ln(100/17000) = 0.934 (J/K)

まとめますと

ΔG = ΔH - TΔS
ΔH = 0
T 環境温度: 298 (K)
ΔS = 0.934 (J/K)
ΔG = 0 - 298 x 0.934 = - 278.3 (J)

まどろっこしい説明になりましたが理想気体の圧力変化に伴うギブス自由エネルギー変化量(ΔG)は
ΔG = nRT*ln(P1/P0)
でさっと計算できます。

ギブス自由エネルギー(G)の定義は
G = H - TS
H: エンタルピー (J)
S: エントロピー (J/K)
T: 環境温度 (K)

ギブス自由エネルギー変化量(ΔG)は
ΔG = ΔH - TΔS

エンタルピー,エントロピーは対象とする系の
1)温度
2)圧力
3)物質の相の数
4)各相での各成分量
が決まると計算できます。

言いかえると、上記1)2)3)4)のどれかが変化するとエンタルピー,エントロピー、そしてギブス自由エネルギーも変化します。

問題を上記1)2)3)4)に照らし合わせると、
1)温度は変化したと記述していないので一定
2)圧力は17MPaか...続きを読む

Q水の温度上昇の計算式

水の温度上昇の計算式

水をヒーターを使って温度を上昇させる時のヒーター容量の計算式を教えてもらえませんか。
例えば20度の水を90度に70度上げるといった様な。
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

ジュールで計算するかカロリーで計算するかにもよりますし水の比熱は温度により多少異なるので近似値になりますが

温度差(Δt)×水の比熱(≒4180J/K・kg)×水の量(kg) で必要な熱量(ジュール数)がわかります
1Jは1W・s(ワット秒)なので
先に求めたジュール数を 「何秒かけて加熱すればいいか」の秒数で割るだけです

例 
30L、20度の水を3分で70度にしたい場合
(70-20)×4180×30=6270KJ
これを180秒で割ると 34.8kw

Q標準反応エントロピー

CO2(g)+4H2(g)→CH4(g)+2H2O(l)
この反応の25℃における標準反応エントロピーはどのように求めることができますか?
それぞれのモルエントロピーは以下の通り
O2:213.7J/kmol
H20:69.9 J/kmol
H2:130.7 J/kmol
CH4:186.26 J/kmol
考え方を教えてください

Aベストアンサー

高校で習った熱化学方程式と同じようなものと考え、標準反応エントロピーは生成物の標準エンタルピーの合計から反応物の標準エンタルピーの合計を引いたものになります。
したがって標準反応エントロピーΔS={Sm(CH4.g)+2×Sm(H2O,l)}-{Sm(CO2,g)+4×Sm(H2,g)}で表され、あとは計算するだけです。
ΔS=(186.26+2×69.9)-(213.7+4×130.7)=

Q熱交換の基礎式を教えてください。

熱交換器における基礎式を教えてください。
蒸気と水での熱交換を行う際に、入口温度と出口温度の関係、
それに流速等も計算のデータとして必要なんだと思うんですが、
どういう計算で熱量、流速を決めればいいのか熱力学の知識がないので
分かりません。
いろんな書籍を買って勉強していますが、難しくて分かりません。
それに独学ですので、聞ける人がいなくて困っています。
どなたか、簡単に熱交換の基礎式などを教えてください。

Aベストアンサー

 伝熱の計算は非常に難しいのですが、「難しい」と言っているだけでは先に進みませんので、そのさわりを。
 基本式は、Q=UAΔtです。
 Q:交換される熱量
 A:伝熱面積
Δt:伝熱面内外の温度差
  (冷却水入出の差ではない)

 ここで曲者は、U(総括伝熱係数とか熱貫流係数とか呼ばれるもの)です。
 Uの内部構造は、1/U=1/h1+1/hs1+L/kav.+1/hs2+1/h2と表現され、hを見積もる事が大変難しいのです。
 h:伝熱面の境膜伝熱係数、内外2種類有る。
 hs:伝熱面の汚れ係数、内外2種類有る。
 L:伝熱面厚み
 kav:伝熱面の熱伝導率の異種温度の平均、熱伝面内外で温度が異なり、温度によって変化する熱伝導率を平均して用いる。
 hは、流体の種類や流れる速さ(主な指標はレイノルズ数)によって変化します。
 hsは、どの程度見積もるか、、、設備が新品ならZeroとしても良いのですが、使い込むとだんだん増加します。
 更には、Aも円管で厚みが有る場合は、内外を平均したり、Δtも入り口と出口の各温度差を対数平均するとか、色々工夫すべきところがあります。

>冷却管はステンレス製(SUS304)です。
 →熱伝導度の値が必要です。
>冷却管の中の水の温度は入口が32℃で出口が37℃です。>流量は200t/Hr程度流れております。
 →冷却水が受け取る熱量は、200t/Hr×水の比熱×(37-32)になります。この熱量が被冷却流体から奪われる熱量です。=Q
>冷却管の外径はφ34で長さが4mのものが60本
>冷却管の外径での総面積は25.6m2あります。
 →冷却管の壁厚みの数値が計算に必要です。
 伝熱面積も外側と内側を平均するか、小さい値の内側の面積を用いるべきです。

 まあしかし、現場的な検討としては#1の方もおっしゃっているように、各種条件で運転した時のU値を算出しておけば、能力を推し測る事が出来ると思います。
 更には、熱交換機を設備改造せずに能力余裕を持たせるには、冷却水の温度を下げるか、流量を増やすか、くらいしか無いのではないでしょうか。

 伝熱の計算は非常に難しいのですが、「難しい」と言っているだけでは先に進みませんので、そのさわりを。
 基本式は、Q=UAΔtです。
 Q:交換される熱量
 A:伝熱面積
Δt:伝熱面内外の温度差
  (冷却水入出の差ではない)

 ここで曲者は、U(総括伝熱係数とか熱貫流係数とか呼ばれるもの)です。
 Uの内部構造は、1/U=1/h1+1/hs1+L/kav.+1/hs2+1/h2と表現され、hを見積もる事が大変難しいのです。
 h:伝熱面の境膜伝熱係数、内外2種類有る。
 hs:伝熱面の汚れ係数、内外2...続きを読む


このQ&Aを見た人がよく見るQ&A

人気Q&Aランキング