熱膨張と断熱膨張の違い

綾瀬個別指導学院　糸井です。

今回は、熱膨張と断熱膨張の違いについてです。




身の回りにある気体は熱すると膨張します。これは熱膨張と言って、熱を加えると温度が上がって体積が大きくなります。（シャルルの法則）


しかし、理科で雲のでき方を学ぶと、次のように説明されます。

空気は上昇すると気圧が下がり膨張（ボイルの法則）して、気温が下がります。露点に達すると、空気中の水蒸気の一部が水滴をつくり、雲になります。


この場合の気体の膨張と温度の関係はどう説明できるでしょうか。実は、この関係は断熱膨張と言って、熱の出入りがない状態での話になります。


ここで、この現象を厳密に説明するために、エネルギー保存の式を用います。

熱力学第一法則　　　ΔU=Q-Wした
（ΔU:内部エネルギーの変化、Q:熱量、Wした:気体が外へした仕事）


気体が外へ仕事をすると膨張します。断熱膨張は、熱の出入りがないのでQ=0となり、ΔU=-Wしたとなります。つまり、内部エネルギーΔUが減少するため、温度が下がります。







熱膨張は、熱を加えて温度が上がり膨張するというものであり、断熱膨張は、熱の出入りなしで膨張し温度が下がるというものです。この違いをしっかり理解しましょう。

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