等容性プロセスは、体積が一定に保たれる熱力学的プロセスです。体積が一定であるため、システムは機能せず、W =0 です。(「W」は仕事の略語です。) これは、システムを密閉した場所に置くことで取得できるため、おそらく最も制御しやすい熱力学的変数です。膨張も収縮もしないコンテナ
熱力学の第一法則
等容性プロセスを理解するには、次のような熱力学の第一法則を理解する必要があります:
「システムの内部エネルギーの変化は、周囲からシステムに加えられた熱と、システムが周囲で行った仕事との差に等しい.」
この状況に熱力学の第 1 法則を適用すると、次のことがわかります。
delta-Since delta-U は内部エネルギーの変化であり、Q システムへの、またはシステムからの熱伝達です。すべての熱が内部エネルギーから発生するか、内部エネルギーの増加に向かうことがわかります。
コンスタント ボリューム
液体を攪拌する場合のように、体積を変えずにシステム上で作業を行うことができます。一部のソースでは、これらの場合に「アイソコリック」を使用して、ボリュームの変化があるかどうかに関係なく「ゼロワーク」を意味します.ただし、ほとんどの単純なアプリケーションでは、このニュアンスを考慮する必要はありません。プロセス全体でボリュームが一定のままである場合、それは等量プロセスです。
計算例
エンジニアによって構築および管理されている無料の非営利のオンライン サイトである Nuclear Power の Web サイトは、等容性プロセスを含む計算の例を示しています。
理想気体における等容的な熱付加を仮定します。理想気体では、分子は体積を持たず、相互作用しません。理想気体の法則によれば、圧力は温度と量に比例して変化し、体積に反比例します。基本的な式は次のとおりです:
pV =nRT
ここで:
- p ガスの絶対圧力
- n 物質の量
- T は絶対温度です
- V ボリュームです
- R ボルツマン定数とアボガドロ定数の積に等しい理想的な、または普遍的な気体定数です
- K ケルビンの科学的略語です
この式で、記号 R は、すべての気体に対して同じ値を持つ普遍気体定数と呼ばれる定数です。つまり、R =8.31 ジュール/モル K です。
等容過程は、理想気体の法則で次のように表すことができます:
p/T =定数
このプロセスは dV =0 の等容性であるため、 圧力 - 容積の仕事はゼロに等しくなります。理想気体モデルによると、内部エネルギーは次のように計算できます:
ΔU =m cv ΔT
プロパティ cv (J/mole K) は、一定の体積での比熱 (または熱容量) と呼ばれます。これは、特定の特殊な条件下 (一定の体積) では、システムの温度変化が熱伝達によって追加されるエネルギー量に関係するためです。
システムによって、またはシステム上で行われる仕事がないため、熱力学の第一法則によって ΔU =ΔQ となります。 したがって:
Q =m cv ΔT
