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断熱変化 ポアソンの公式

外と熱のやり取りが無い状態で微小変化を考えた熱力学第1法則を考える。
$\displaystyle \Delta U$ $\textstyle =$ $\displaystyle Q - W'$  
$\displaystyle Q$ $\textstyle =$ $\displaystyle 0 Q=\Delta U +W'$  
$\displaystyle 0$ $\textstyle =$ $\displaystyle dU+dW'= nC_vdT+PdV$ (33)
$\displaystyle PV$ $\textstyle =$ $\displaystyle nRT で両辺を割る$  
$\displaystyle \frac{{C_v }}{R}\frac{{dT}}{T}$ $\textstyle +$ $\displaystyle \frac{{dV}}{V} = 0  微分方程式を解く$ (34)
$\displaystyle \frac{{dT}}{T}$ $\textstyle =$ $\displaystyle - \frac{R}{{C_v }}\frac{{dV}}{V}$ (35)
$\displaystyle \int {\frac{{dT}}{T}}$ $\textstyle =$ $\displaystyle - \frac{R}{{C_v }}\int {\frac{{dV}}{V}}$  
$\displaystyle \log \left\vert T \right\vert$ $\textstyle =$ $\displaystyle - \frac{R}{{C_v }}\log \left\vert V \right\vert + C$  
$\displaystyle \log \left\vert T \right\vert$ $\textstyle +$ $\displaystyle \frac{R}{{C_v }}\log \left\vert V \right\vert = C$  
$\displaystyle \log \left( {TV^{\frac{R}{{C_v }}} } \right)$ $\textstyle =$ $\displaystyle Const.$ (36)
$\displaystyle TV^{\frac{R}{{C_v }}}$ $\textstyle =$ $\displaystyle Const.  PV=nRT を用い$ (37)
$\displaystyle \frac{{PV}}{{nR}}V^{\frac{R}{{C_v }}}$ $\textstyle =$ $\displaystyle Const.$  
$\displaystyle PV^{1 + \frac{R}{{C_v }}}$ $\textstyle =$ $\displaystyle PV^{\frac{{C_{v + } R}}{{C_v }}}$  
  $\textstyle =$ $\displaystyle PV^{\frac{{C_p }}{{C_v }}} = PV^\gamma = TV^{\gamma - 1} = Const.$ (38)
    $\displaystyle \frac{R}{{C_v }} = \gamma - 1$  

断熱変化のPVグラフ $P=V^{-5/3}$は等温曲線を横切る。
定積変化でも定圧変化でも内部エネルギーの変化は同じ式で表わされる。なぜなら内部エネルギーの変化は温度にのみ依存するからである。また、等温曲線は高温になるほど原点から離れる。


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Sadahiko TOKIDA
平成14年6月21日