圧力と体積

02.エネルギーと生活－動力と電力－

ボイルの法則：圧力と体積は反比例：pV=一定
シャルルの法則：体積は温度に比例：V/T=一定
ボイル・シャルルの法則：pV/T=一定
気体の状態方程式:pV=nRT
pV=m/MRT

熱機関は、 熱エネルギー（温度差）と運動エネルギー（動力）との エネルギー変換 をします。

ボイルの法則：圧力と体積は反比例：pV=一定
シャルルの法則：体積は温度に比例：V/T=一定
ボイル・シャルルの法則：pV/T=一定
気体の状態方程式:pV=nRT
pV=m/MRT

熱機関は、 熱エネルギー（温度差）と運動エネルギー（動力）との エネルギー変換 をします。

	🧪 化学	⚡ 電力	💪 動力	🌟 光	🔥 熱
🧪 化学	化学反応	👨‍🏫 🚂 電池 ｐＨセンサー 1 ) 二酸化炭素センサー 湿度センサー	◇ 鉄砲 （火薬）	👨‍🏫 化学発光	◇ 暖炉 ◇ 燃料
⚡電力 eV, FE	◇ 蓄電池 （電解）	変電、 インバータ	◇ モーター 2 ) 🔊スピーカー	◇ ＬＥＤ	◇ ヒーター Q=I2R
💪動力 pV	◇ 高圧合成	👨‍🏫 発電機 🎤マイク	リンク、カム	◇応力発光	👨‍🏫 ヒートポンプ 🚂 エアコン 3 ) pV=nRT
🌟光 hν	◇ 光合成 銀塩写真	👨‍🏫 太陽電池 イメージセンサー		◇蛍光	◇ 電子レンジ
🔥熱 RT	◇ 加熱合成	👨‍🏫 熱電変換 温度センサー	👨‍🏫 🚂 熱機関 pV=nRT	◇ 白熱電球 （ 黒体放射）

kWh、 J	関係式	示強性変数	示量性変数	物質量あたり マクロ	粒子あたり ミクロ
🧪 化学エネルギーG	⊿G=⊿H-T⊿S	化学ポテンシャル	物質量〔mol〕	アボガドロ数 NA
🔥 熱エネルギー	🖱 Q= TS RT	温度 T 〔K〕	エントロピー S 〔J/K〕	気体定数 R 〔J/K・mol〕	ボルツマン定数  kB 〔J/K
💪 力学的エネルギー E	🖱 W=pV	圧力 p 〔Pa〕	体積 V 〔m3〕	理想気体のモル体積 x 〔L/mol〕
⚡ 電気エネルギー E	🖱 E=VQ E=nFE	電圧 V 〔V〕	電気量 Q 〔C〕	ファラデー定数 F 〔C/mol〕	電気素量 e 〔C〕
🌟 光エネルギー E	E=hν	振動数 ν 〔Hz〕			プランク定数 h 〔J・s〕

エネルギーは、相互に エネルギー変換できます。 エネルギーは保存則でなくなりませんが、有効な仕事として利用できるエネルギー（エクセルギー）の割合は減っていき、廃熱（アネルギー）の割合が増えていきます。 その意味で、熱エネルギーはエネルギーの廃棄物と言えます。

状態量

物理量 / 単位	説明	応用例
質量 m	天秤で 計測 します。
物質量 n	物質量を直接計測するのは困難なので、 固体や液体は、質量を 計測 し、式量から換算します。 液体や気体は、体積を計測 します。
分率 ni
圧力 p	圧力計で 計測 します。
温度 T	温度計で 計測 します。
体積 V	液体は、液位を 計測 します。
エンタルピー H
エネルギー
エントロピー S
ギブス自由エネルギー G	$G=H-TS$ $G=G\left(T,p,\mathrm{ni}\right)$

熱力学では、物質と 性質を関連させます。 状態量は、性質の状態の 数量的な表現です。

◇ 参考文献