熱力学第一法則ってなんかよくわからないんだけど・・・
熱力学第一法則はエネルギー保存則のようなものだよ。符号の付け方が人によって違うので注意が必要だね。
本記事では熱力学について解説します。
まずは高校レベルで学ぶ熱力学第一法則について解説しますね。
この熱力学第一法則は、熱力学の状態変化を考える上で超重要なものになってきますので、ぜひ過去の記事も参考にしていただければと思います。
動画でも解説していますので、参考にしていただければと思います。
熱力学第一法則
冒頭に述べた通り、熱力学第一法則は熱力学の分野におけるエネルギー保存則を示します。
この熱力学第一法則を使う場面は、系の状態変化の前後を考えるときとなります。
今、系の状態が変化したときに、内部エネルギーの変化を\(ΔU\)と定義します。
ここで、状態変化したわけなので、系にはエネルギー的に何かしら変化させるものが出入りすることになります。
熱力学では、出入りするエネルギーの種類として、熱エネルギー、力学的エネルギーの2つをよく考えるのでした。
（場合によっては流速のエネルギーや電気エネルギーを考えることもありますが、最初は簡単のために熱エネルギーと力学的エネルギーを考えましょう）
系に入ってきた熱エネルギーを\(Q\)、同じく入ってきた力学的エネルギーを\(W\)と定義すると、
$$ΔU=Q+W\tag1$$
と書くことができます。
この\(W\)が結構やっかいで、人によっては、出ていった力学的エネルギーと定義することもあります。
あるいは気体がした仕事を\(W\)と定義することもあります。
これら２つのように定義すると、熱力学第一法則は\(W\)の符号がひっくり返って、
$$ΔU=Q-W\tag2$$
となります。
これらは\(W\)の定義の仕方で変わっているだけなので、示している内容としては全く一緒です。
結構、こんがらかってしまう人が多いので、\(W\)をどのように定義しているかをしっかりと確認した上で、熱力学第一法則を使うようにしましょう。
まとめ
熱力学第一法則について解説しました。
今回は高校物理の範囲内で解説しておりますので、さっくりとした説明となっていますが、まずはここまで。
しっかりと\(W\)の符号を間違えないようにするということを覚えておきましょう。