高校物理 熱力学 ~ 気体分子の運動
気体の圧力 (gas pressure)
ボイル・シャルルの法則 (Boyle-Charles’s law)
\frac{p_1 V_1}{T_1} = \frac{p_2 V_2}{T_2}
理想気体の状態方程式 (equation of state of ideal gas)
気体の圧力 (gas pressure)
速さの2乗平均 (root mean square velocity)
\overline{v_x^2} &=& \frac{v_{1x}^2 + v_{2x}^2 + \cdots + v_{Nx}^2}{N}
v_i^2 &=& v_{ix}^2 + v_{iy}^2 + v_{iz}^2
\overline{v^2} &=& \frac{v_1^2 + v_2^2 + \cdots + v_N^2}{N}
&=& \frac{1}{N}{(v_{1x}^2 + v_{2x}^2 + \cdots + v_{Nx}^2) + (v_{1y}^2 + v_{2y}^2 + \cdots + v_{Ny}^2) + (v_{1z}^2 + v_{2z}^2 + \cdots + v_{Nz}^2)}
&=& \overline{v_x^2} + \overline{v_y^2} + \overline{v_z^2}
&=& 3 \overline{v_x^2}
\overline{v_x^2} &=& \frac{\overline{v^2}}{3}
分子の運動エネルギー
N \cdot \frac{1}{2} m \overline{v^2} &=& n \cdot \frac{3}{2} RT
\frac{1}{2} m \overline{v^2} &=& \frac{3}{2} \frac{R}{N_\text{A}} T = \frac{3}{2} kT
ボルツマン定数 (Boltzman constant)
2乗平均速度 (root mean square velocity)
気体の内部エネルギー (internal energy of gas)
K &=& \frac{3}{2} nRT + nRT = \frac{5}{2} nRT \ (\text{二原子分子 diatomic molecule})
気体が外部にする仕事
&=& p \cdot SL
&=& p \cdot (V_2 – V_2)
&=& p \Delta V
定積モル比熱 (molar heat at constant volume)
定圧モル比熱 (molar heat at constant pressure)
理想気体の内部エネルギー
U = n C_V T
マイヤーの関係 (Mayer relation)
理想気体のモル比熱
C_V = \frac{5}{2} R \ &,& \ C_p = \frac{7}{2} R \ (\text{二原子分子 diatomic molecule})
熱効率 (thermal efficiency)
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