化学の紹介
学習目的
- 熱力学の三つの法則について議論します。
キーポイント
- エネルギー保存の法則とも呼ばれる第一の法則は、孤立したシステムでエネルギーを生成または破壊することはできないと述べています。
- 熱力学第二法則は、任意の孤立した系のエントロピーが常に増加すると述べている。,
- 熱力学第三法則は、温度が絶対零度に近づくにつれて、系のエントロピーが一定の値に近づくと述べています。
用語
- 絶対ゼロ理論的に可能な最低温度。
- entropyA熱力学的性質これは、有用な作業を行うために利用できない温度の単位当たりのシステムの熱エネルギーの尺度です。
システムまたはその周辺
混乱を避けるために、科学者はシステムとその周辺を参照して熱力学的値について議論します。, システムの一部ではないすべてのものは、その周囲を構成しています。 システムと周囲は境界によって分離されています。 例えば、システムが容器内のガスの一モルである場合、境界は単に容器自体の内壁である。 境界の外側のすべては、コンテナ自体を含む周囲とみなされます。
境界は明確に定義されなければならないので、世界の特定の部分がシステム内にあるのか周囲にあるのかはっきりと言うことができます。, 物質が境界を越えて通過することができない場合、システムは閉じていると言われ、そうでない場合は開いていると言われます。 閉じたシステムは、システムが孤立したものでない限り、周囲とエネルギーを交換することができ、その場合、物質もエネルギーも境界を越えて通過するこ,
熱力学の第一法則
エネルギー保存の法則としても知られている熱力学の第一法則は、エネルギーを作り出すことも破壊することもできないと述べています。あるフォームから別のフォームに転送または変更。 たとえば、光をオンにするとエネルギーが生成されるように見えますが、変換されるのは電気エネルギーです。,
熱力学の第一法則を表現する方法は、システムの内部エネルギー（≤E）の変化は、その境界を越えて流れる熱（q）と周囲によってシステム上で行われる仕事（w）の和によって与えられるということです。
\Delta E=q+w
この法則は、システムの内部エネルギーの変化につながる熱と仕事の二種類のプロセスがあると言います。, 熱と仕事の両方を測定および定量化することができるので、これは、システムのエネルギーの変化がシステム外の環境のエネルギーの対応する変化をもたらさなければならないということと同じである。 つまり、エネルギーを作成することはできませんまたは破壊されました。 システムまたは周囲に熱が流れ込むと、内部エネルギーが増加し、qとwの符号が正になります。 逆に、システムからの熱流出またはシステムによって（周囲で）行われた作業は、内部エネルギーを犠牲にしており、したがってqとwは負になります。,
熱力学の第二法則
熱力学の第二法則は、任意の孤立したシステムのエントロピーが常に増加することを言います。 孤立したシステムは、熱平衡—システムの最大エントロピーの状態に向かって自発的に進化します。 より簡単に言えば、宇宙のエントロピー（究極の孤立したシステム）は増加するだけで、決して減少しません。
熱力学の第二法則を考える簡単な方法は、部屋をきれいにして片付けなければ、部屋をきれいに保つことがどれほど慎重であるかにかかわらず、時間とともにより乱雑で無秩序になるということです。, 部屋が掃除されると、そのエントロピーは減少するが、それを掃除する努力は、失われたエントロピーを超える部屋の外のエントロピーの増加をもたらした。
熱力学の第三法則
熱力学の第三法則は、温度が絶対零度に近づくにつれて、系のエントロピーが一定の値に近づくと述べています。 絶対零度における系のエントロピーは典型的にはゼロであり、すべての場合において、それが持つ異なる基底状態の数によってのみ決定される。, 具体的には、絶対零度温度における純粋な結晶性物質（完全秩序）のエントロピーはゼロである。 この文は、完全な結晶が最小エネルギーを持つ唯一の状態を持つ場合に当てはまります。