エネルギー保存、熱力学の第1法則

エネルギーの内わけ

• 力学的エネルギー
  • 運動エネルギー
  • 位置エネルギー
• 内部エネルギー
  • 温度に関連するもの (Δ内部エネルギー = 熱容量×Δ温度)
  • 相変化に関連するもの (同じ温度でも内部エネルギーが違う)

エネルギーのやりとり

• 仕事 = 力×距離
• 熱
• 質量の移動に伴う、その物体のもっているエネルギーの移動

エネルギーの単位

• SI単位は J (ジュール) (= N m)。仕事(=力×距離)の立場。
• cal (カロリー、水1 gを温度1℃上げる熱量)は約4.2 J
• kcal (キロカロリー、栄養関係で使うカロリー)は1000 cal

エネルギーに関係する量のSI単位

• 単位時間あたりのエネルギー、仕事率・電力(power): W (ワット) (= J / s)。
• ある面の領域を通過するエネルギーの流れ、エネルギーフラックス(energy flux) : W。
• 面積あたりのエネルギーの流れ、エネルギーフラックス密度 : W / m²。
  • この場合「密度」と言っても体積あたりではない。
  • 不正確な言いかただが、エネルギーフラックス密度を「エネルギーフラックス」と言ってしまうことがある。

エネルギー(X)の保存(=不生不滅)則

• 孤立した系(エネルギーの出入りのない系)では、エネルギーは時間変化しない。
  • dX/dt = 0
• 開いた系(エネルギーの出入りのある系)では、エネルギーの時間変化が、系の境界を通してのエネルギーの正味の出入り(入るほうが正)に等しい。
  • dX/dt = F_in - F_out
• (開いた系で)もし定常状態ならば、エネルギーの正味の出入りは0に等しい。
  • 0 = F_in - F_out

力学的エネルギー = 運動エネルギー + 位置エネルギー [*]

仕事から熱への変換 (摩擦熱の発生、ジュールの実験) [*]

大気のもつエネルギー (「大気と海洋の循環とエネルギー輸送」の中)

[*]印のリンクは臨時で、学内限定です。