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熱を使った装置：熱機関
第 ９ 講 ： 温 度度 と 熱 の 科 学 熱を使った装置：熱機関 0 0 単独の熱源からはエネルギーを取り出せない ⇒ 移動する熱エネルギー（熱）が必要 ９講 第 ９ 講 ： 温 度度 と 熱 の 科 学 熱 ⼒力力 学 第 ０ 法 則 25℃ ０℃ 25℃ 十分な時間 熱 50℃ 自然界 高温の物体 25℃ 熱平衡状態 温度計 25℃ 熱 25℃ 時間が経てば同じ温度度になる法則 速さ 大 電磁波量 多い 平均波長 短い 低温の物体 速さ 小 電磁波量 少ない 平均波長 長い ９講 第 ９ 講 ： 温 度度 と 熱 の 科 学 熱 ⼒力力 学 第 １ 法 則 エネルギー保存則 な い 袖 は 振 れ な い 法 則 ９講 第 ９ 講 ： 温 度度 と 熱 の 科 学 内部エネルギーとエンタルピー 変化の前 熱エネルギー 変化の後 仕事 定圧 内部エネルギー 定温 定圧 エンタルピー 熱 内部エネルギー X 内部エネルギーは外部にした仕事量量と放出した熱量量を合わせた分だけ減少 仕事 定圧 内部エネルギー 定温 熱 内部エネルギー X 内部エネルギーは外部にした仕事量量だけ減少し，吸収した熱量量分だけ増加 ９講 第 ９ 講 ： 温 度度 と 熱 の 科 学 熱 ⼒力力 学 第 ２ 法 則 エントロピー増⼤大則 5 5 5 1 O K 9 5 5 a a 0 a 5 a 5 5 5 5 K a 1 K K 1 1 a K 1 お 湯 に な る 理理 由 を 科 学 的 に 説 明 し た い 熱湯と冷冷⽔水を混ぜると温⽔水になる法則 ９講 第 ９ 講 ： 温 度度 と 熱 の 科 学 エ ン ト ロ ピ ー と い う 概 念念 エネルギー量量を絶対温度度で割った値〔J/K〕 ９講 第 ９ 講 ： 温 度度 と 熱 の 科 学 温⽔水ができる理理由をエントロピーで説明する エネルギーの単位をカロリー, 温度度は℃で計算してみる ⾃自 然 １kg １kg 冷冷⽔水のエントロピー変化量量 10℃から50℃に変化：平均温度度 30℃ 熱湯のエントロピー変化量量 90℃から50℃に変化：平均温度度 70℃ ２kg +40000 cal =＋1333 cal/℃ 30 ℃ −40000 cal = −571 cal/℃ 70 ℃ この変化のエントロピー変化量量 ＋762 cal/℃ エントロピーが増加する変化が⾃自然である！ ９講 第 ９ 講 ： 温 度度 と 熱 の 科 学 １気圧 水 分 子 の 平 均 エ ネ ル ギ ⽔水 １ g の エ ン タ ル ピ ー と エ ン ト ロ ピ ー 気化熱 2260 J/g 融解熱 340 J/g 氷 0 0 水 水蒸気 ある温度の水を用意するためには その温度での状態（自由度）を 保つために必要なエネルギーがいる． 固体 液体 気体の変化では 大きく自由度が増加する． 温度（K） 100 200 300 400 500 絶対０度の分子の自由度は０である． 融解エンタルピー=融解エントロピー項 融解熱 ⽔水分⼦子の運動エネルギー ９講 第 ９ 講 ： 温 度度 と 熱 の 科 学 ⽔水 分 ⼦子 の 固 液 平 衡 状 態 液 体 の ⽔水 分 ⼦子 の ⽅方 が 運 動 エ ネ ル ギ ー が 多 い は ず ！ で も ， ⽔水 と 氷 の ⽔水 分 ⼦子 の 居 ⼼心 地 は 同 じ ？ 新 し い 科 学 的 概 念念 が 必 要 ⾃自 由 エ ネ ル ギ ー の 誕 ⽣生 ９講 第 ９ 講 ： 温 度度 と 熱 の 科 学 電⼦子の居場所の変化に伴うエネルギー 生 成 エ ン 生 タ 成 ル 熱 ピ | 〔J/mol〕 酸素分子の電子�の居場所 2pσ* 2pπ∗ 2pπ 2pπ 2pπ 1sσ∗ 2pσ 2pσ 2sσ∗ H H 1sσ H2 2sσ O 酸素原子 1sσ∗ O 1sσ 酸素原子 O2 O 2pπ 2pσ O 2pπ 2p 2p ９講 第 ９ 講 ： 温 度度 と 熱 の 科 学 分 ⼦子 軌 道 ： 窒 素 と 酸 素 エネルギー準位の逆転 N N≡N N p電子数：６個 O O=O O p電子数：８個 ９講