温度とエントロピー

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制御と結果
🌡温度T/K:
エントロピー J/K : 0
温度 T /K 0
0
02 エネルギーと生活-動力と電力-
ガス

温度とエントロピーの関係

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🖱 温度とエントロピーの関係
©2024 K.Tachibana , C1 Lab.
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
p V = n R T
気体の状態方程式
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。

S = k B ln W
ボルツマンの式

体積と圧力の関係

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🖱 体積と圧力の関係
©2021 K.Tachibana , C1 Lab.
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
p V = n R T
気体の状態方程式
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。


熱サイクル

  1 熱サイクル
向き 熱サイクルの種類 性質や特色 応用例
温度差 力学 カルノーサイクル 1 ) 2 ) 理論・受験(完全気体を仮定するので、計算が容易)
オットーサイクル 火花点火式式容積型 内燃機関 (燃料=ガソリン、プロパン、水素) (作動流体=排気ガス=二酸化炭素、水) 自動車(ガソリンエンジン) タクシー(プロパンガスエンジン)、水素自動車(水素エンジン)
ディーゼルサイクル 圧縮着火式容積型 内燃機関 (燃料=軽油) (作動流体=排気ガス= 二酸化炭素 、水) バス・船(ディーゼルエンジン)
ランキンサイクル 実在流体サイクル (流体=水、 冷媒 蒸気機関・ 火力発電 3 ) ・原子力発電
ブレイトンサイクル オープンサイクル:燃料=(灯油、軽油、化石燃料) クローズドサイクル:作動流体=(ヘリウム) 火力発電、複合発電 (タービンエンジン)・ジェット機(ジェットエンジン) *
アトキンソンサイクル
クラウドサイクル
スターリングサイクル 外燃機関
力学 温度差 逆ランキンサイクル 作動流体: 冷媒 (有機流体) ヒートポンプ *🚂 エアコン 4 ) 、冷蔵庫)・冷凍機
リンデサイクル 5 ) 液化、酸素の製造

熱サイクルにはいろいろな種類があります 6 ) 。 エアコンや冷蔵庫の作動流体である冷媒は、 温室効果ガスになります。

p V = n R T
気体の状態方程式

  2 0.  29  エネルギーの種類
kWhJ 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-TS 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

エネルギーの変換

  3  エネルギーの変換
🧪 化学 電力 💪 動力 🌟 🔥
🧪 化学 化学反応 👨‍🏫
pHセンサー 7 )
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
電力
eV, FE
蓄電池 電解 変電、 インバータ モーター 8 )
🔊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 9 )
pV=nRT
🌟
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
🔥
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

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