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新科学と人間生活：物理基礎_熱とエネルギー_熱とエネルギー(4) — Transcript

by 【動画学習用】飛鳥未来高等学校　飛鳥未来きずな高等学校　飛鳥未来きぼう高等学校 · 544 words · 467 segments · language en · Watch on YouTube

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0:01熱とエネルギー4です
0:04それでは学習内容
0:06大王用いて解説しましょう
0:10まず最初に
0:13一番の内容です
0:21ここで学ぶのは熱力学の第1法則
0:45熱力学の第1法則とは
0:49まず
0:50今まで学んできた力学では
0:56運動エネルギーの変化量は外力の仕事でし
0:59た
1:25熱力学では
1:28熱力学も力学ですので
1:31理論はあまり変わりません
1:36ところが運動エネルギー
1:38これは
1:40まず期待が存在する
1:42すると機体の中にはエネルギーが秘められ
1:45ています
1:46そのエネルギーの正体は実は気体分子の
1:49運動エネルギーの総和です
1:52気体分子の運動エネルギーの総和の変化量
1:55ということになり
1:58わざわざ気体分子の運動エネルギーのと
2:01いう言い方はしませんこれは機体の内部に
2:04秘められたエネルギーということで気体の
2:06内部エネルギーと言います
2:22内部エネルギーの変化量はやはりこれも
2:25力学ですから仕事です
2:31しかし
2:32力学では
2:33しなかった方法でエネルギーを変化させ
2:36ます
2:38ここは熱を加える
2:41というエネルギーを変化させる方法があり
2:45ます
2:46熱力学ではエネルギーが変化するのは仕事
2:50と熱として考えていきます
2:53これを文字で表すと
2:56内部エネルギー
2:57内部に秘めたエネルギーですからもう期待
3:00が r というだけで持っている
3:01エネルギー位置エネルギー扱いです
3:04位置エネルギーはいうでしたから
3:07有能変化量はギリシャ文字の出るだ
3:11デルタいうが内部エネルギーの変化量
3:15仕事が w
3:17そしてね2はキュート表します
3:21これを熱力学の第1法則と言います
3:25しかし熱力学の第二法則には二通りの表し
3:28方がありますこの場合気をつけなければ
3:31ならないのはこの仕事は外力の仕事相当
3:35からする仕事ですということはここの
3:39ところは機体がだとしてしまうと期待がさ
3:43れた仕事になりますます
3:55ちなみにこの級の方はというと期待が
4:00吸収した熱量ですこれは相当から与える熱
4:04ですから期待から見ると吸収した熱量
4:24ところが熱力学の目的は期待に熱を与える
4:29と期待がどれほど仕事をするかという研究
4:33ですので期待がされた仕事を w とする
4:37と少し扱いにくくなってしまいます
4:41ですからここで考えたのは
4:44機体がした仕事 w と書きなお図
5:03するとここがマイナス w になって
5:05しまいますここはされた仕事ですからした
5:07仕事を w とするとされた仕事は
5:09マイナスだぶりとなります
5:12ここをマイナス w として9位ゴールの
5:15形に書き直したもの
5:22これが使いやすい形に直した熱力学の第1
5:26法則ということになります
5:29熱力学の第二法則を扱うときに最も重要な
5:33のは
5:34どのようなと気が急いでどのようなときは
5:37付であるかという二号です
5:40ここは機体が吸収した時が生です
5:57そしてここは内部エネルギーの変化量です
6:00から
6:02増えた時が急いで減った時が付です
6:13そして最も気をつけなければならないのは
6:16仕事仕事は機体が仕事をした時が生です
6:31例えば仕事をするされるというのはどう
6:34いうことなのか
6:36内部エネルギーが増える減るとはどういう
6:39ことなのかそれを確認してみましょう
6:43例えば分かりやすいのは仕事です
6:46仕事が性というのはどういうことなのか
6:52した仕事です機体が仕事をするというのは
6:55期待が膨張した時相当の期待なりピストン
7:00なりを押していきますですから
7:04体積が増えた時がした仕事で仕事をしたと
7:07いうことになりますこれも文字で書いてみ
7:10ましょう大石はぶいでーした
7:13そしてその変化量 delta デルタ v
7:16が正
7:18つまり体積が増えた時がした仕事という
7:21ことになります
7:23そしてされた仕事されるということはどう
7:26いうことかというと外の期待なり何か物
7:31からをされるということですつまりをさ
7:33れると体積は減ります
7:38ということで仕事に関しては大石だけで
7:41決まります
7:42体積が増えた時やした仕事体積が減った
7:45ときはされた仕事になります
7:47そしてもう一つ
7:49今度は内部エネルギー
7:52内部エネルギーが増えるというのはどう
7:54いうことでしょうか
7:56これは先ほどもお話ししましたように実は
7:59内部エネルギーの正体は気体分子の運動
8:01エネルギーです
8:03気体分子というのは温度が上がると運動が
8:06活発になります
8:072と内部エネルギーが増えることになるの
8:10でつまり内部エネルギーが増えたという
8:12ことは温度の変化量デルタ t が静穏度
8:16が上がったということです
8:19温度が上がる等必ず内部エネルギーは増え
8:22ます
8:23逆に内部エネルギーが減ったということは
8:26どういうことかというと温度が下がった
8:30ということになります
8:32矢印こちら向きに書いていますがもちろん
8:35逆も言えます
8:37体積が増える梯子通した体積が減れば仕事
8:41された温度が上がれば内部エネルギー
8:43増える温度が下がれば内部エネルギーが
8:46減るということになりますそれでは問題を
8:49解いてその内容を確認していきます
8:53まずは格好1
8:54期待に熱の出入りがない状態で気体を圧縮
8:58した
8:59この時
9:01気体の温度はどのように変化するかとなっ
9:04ています
9:06今の式に当てはめてみましょう
9:15熱力学の第1法則
9:18吸収した熱量=
9:22内部エネルギーの変化量+
9:25機体がした仕事ということになります
9:30q の熱を加えると期待がダブルの仕事を
9:33しますそして余った分を内部に蓄えます
9:37こういう子5色です
9:39それでは格好一番の場合熱のでいいがない
9:54これは何を意味しているかと言うとこの
9:56吸収した熱量訪中した熱量というのがない
10:00と吸収してないということです
10:03そして
10:04気体を圧縮した後書いてあります
10:13祝従いにする事はまずは体積が減りました
10:18圧縮したので体積が減りましたつまり仕事
10:22をされたということです
10:24仕事が風ということになりますすると温度
10:28はどうなるか
10:29これを見て下さいここがゼロですここが付
10:32ですということはここがせいですという
10:34ことになります
10:36デルタ優雅性ということはそれは温度が
10:41上がったということを意味するわけです
10:58このように考えてください
11:02それではさらに
11:06学校2番
11:11気体の温度を一定に保った状態で機体を
11:13膨張させたこの時行きたいは熱を吸収した
11:17母熱を放出したか何かを答えよう
11:21まずは温度を一定に保った
11:34ということはこれは
11:36温度の変化量がゼロということです
11:40温度が変化していない
11:42それはすなわち
11:44内部エネルギーの変化量がゼロということ
11:46です内部エネルギーが変化していない
11:50そして期待を膨張させた
12:02それは体積が増えたということですから
12:06すなわち仕事をしたということになります
12:11ということは内部エネルギーの変化量を
12:13デルタいうが0 w が性ゼロと星の数を
12:18出すと星の数になるということです
12:22ということでここで旧が正
12:27それはすなわちいい熱を吸収したことに
12:30なります
12:45それでは格好さん
12:47[音楽]
12:48気体の温度を一定に保った状態できたに熱
12:51を加えた
12:52この時行きたいは外部から仕事をされたか
12:54外部に仕事をしたか何かお答えをただし
12:57この場合の仕事は性のものを指すと刺す
13:00ことにする
13:02まずは温度を一定に保ったもう言葉をかか
13:05ずにいきなりかいてしまいましょう温度が
13:08一定ですから温度の変化量が税郎党なり
13:11ます温度が変化していないということは
13:13内部エネルギーが変化していないという事
13:17です変化量がゼロということそして熱を
13:21加えたということは旧が性ということです
13:27吸収したという事ですですからその結果
13:31ライブエネルギーの変化量がゼロで
13:34そして旧が性ということはゼロに星の数を
13:39足さないと生にはならないということです
13:42から
13:43w が線
13:47つまり仕事をしたということになります
14:00これが熱力学の第1法則です
14:03それでは2番に進みましょう
14:132番手は
14:14エネルギー保存です
14:28今までも力学的エネルギー保存則などは
14:31学びましたこの時は運動エネルギーと位置
14:34エネルギーのはが変わらないという理論
14:37でしたが今度はさらに熱という形に変えて
14:42エネルギーが出てきます
14:45それでは具体的に問題を見てみましょう
14:49質量1.0kg の重りに軽い糸をつけ
14:53床の上
14:541.1店6メートルのところから静かに
14:57落とした
14:59この時を守りにつけた伊藤つまみ
15:02指で指の間です部滑らせたのでお守りが床
15:07につくときの速さは4.05メートル毎秒
15:09であった
15:11指と糸と指の間で発生した熱は何十ルカ
15:16ただし重力加速度の大きさを9.8m 毎秒
15:19毎秒とする
15:21まずは文字をはダメて図解してみます
15:26最初に質量 m にあたるものが一転
15:300kg となっています
15:34次に床の上の折れた傘ですので h と
15:39あてはめましょう
15:401.6m です
15:44さらに良いここでは床につくときの速さ速
15:48さ v
15:50これを
15:514.0m
15:53毎秒とします
15:55そしてさらには重力加速どう g が
16:019.8メートル毎秒毎秒です
16:06するとこのような状態になっています
16:10お守りをお守りに糸をつけて手でつまみ
16:14ました
16:17そしてこのお守りが落下していきます
16:21地面に着きます
16:24最初の高さがここで設定した高さ h でし
16:27た
16:29そしてここのところでは最初
16:32運動エネルギーはもちろん止まっていたの
16:35でゼロです
16:37そして位置エネルギーは床を基準とすると
16:41高さ h です
16:45そしてここに着いたときの速さが v
16:49ですから運動エネルギーは
16:521/2 m v の兄以上に変わりました
16:57位置エネルギーは床についてしまったので
17:00たーーーカーサーゼロです
17:03今までここは保存しましたが今回は減少し
17:07てしまいます
17:12その減ってしまったエネルギーがどこに
17:14行ったかと言うとこの指のところで摩擦熱
17:17に変わった
17:19ということになります
17:21ですからこのヘッダ量減った量が熱として
17:26放出されたという理論ですこれが広い意味
17:29でのエネルギーの保存になります
17:32ですからここでは力学的エネルギーが減っ
17:36た
17:43減少量
17:50=それが発生した熱量ということです
18:04減少量ですから最初の方が多かったわけな
18:07ので多い方から値低い減った方を引き
18:10ましょう
18:12文字で言うと
18:13mg
18:14h こちらはゼロですので合計量こっち
18:18そしてこの合計量を引く
18:22すると発生した熱量ということになるわけ
18:26です
18:27発生した熱量具体的に計算してみましょう
18:299= mgh
18:33m
18:34随時
18:361
18:37-1/2かける質量 m かける v 字
18:42状
18:44これを計算することになります
18:46これを計算すると
18:497.68になるので
18:52有効数字2桁で書かれていますから
18:557.7ジュールと答えましょう
19:01これが広い意味でのエネルギー保存熱
19:04エネルギーも考えるということです
19:08そして3番
19:23これは熱効率
19:34熱力学という学問で気になることは何か
19:39それは期待に熱を加えたがその何
19:42パーセントが仕事になったのかということ
19:45です
19:46ですから熱効率はまず
19:49文字いイイで表します
19:52それは
19:53吸収した熱量の家
19:56仕事になったのは何パーセントなのかと
20:00いうことです
20:02ただ気をつけなければならないのは
20:04あくまでこれは吸収した熱量をもに期待は
20:08熱を吸収した時に同時に放出してしまい
20:11ますがその分は放出した分だけはマイナス
20:15するということではありませんあくまで
20:17どれだけ加えたかなので吸収した熱量だけ
20:20になってしまいますああああああ
20:32そしてさらに
20:34これは熱効率というのは1階の動作が
20:38すべて終わって元に戻ってるまでにこれが
20:42何パーセントかということなので元に戻る
20:45と
20:46熱力学第一法則で9=デルタ u + w
20:52の
20:53デルタいう一周回ると元の温度に戻ります
20:57ので途中エネルギーは増えたり減ったりは
20:59しますが最初と最後を比べると必ず元に
21:04戻って0になりますということは
21:07ここでは熱を吸収したり放出したりを
21:10繰り返す
21:11仕事をしたりされたりを繰り返すという
21:14ことですがその合計量はキュート w が
21:18等しくなってしまいます
21:20ただし気をつけなければならないのは今
21:23話したように
21:25うん
21:26熱は吸収したり放出したりを繰り返します
21:30仕事もしたりされたりを繰り返します
21:33ところがこの場合
21:36分母の飽和吸収した方だけです報酬した熱
21:39は考えません
21:41吸収した熱量
21:43それに対してこちらの方は旧と等しくなり
21:46ます
21:47等しくなるがこれは吸収したり放出したり
21:51を繰り返す量なので吸収した熱量から放湿
21:57たね寝釣りを引かなければなりません w
22:01を書き換えると吸収した熱量福放出した
22:04熱量と等しいということなので q だけ
22:07で書くことはできますが
22:09分母は吸収した方だけ
22:12分子の飽和吸収した方から放出した方を
22:16引いた凌駕した仕事ということになります
22:19この旧ダッシュというのはこれは亡失した
22:23熱量
22:29ここが難しいところです分母は吸収した
22:32ものだけ
22:34分子の方は熱でもしも計算するならば吸収
22:38したものから放出したものを弾くそれが
22:41仕事になるというのがね釣り熱効率の考え
22:45方ですそれでは問題を退いてその扱いを
22:48確認しましょう
22:50まず
22:51カッコ市310るの熱を与えた時与えられ
22:56た時熱が与えられた時45ジュールの仕事
22:59をする熱機関の熱効率は何パーセントかと
23:03なっていますので
23:071番は
23:09与える愛と熱つまり吸収した熱9
23:13これが
23:14310る
23:18この時仕事
23:2045ジュールの仕事をする熱機関と書いて
23:24あります
23:28熱機関というのは熱をエネルギーとして
23:31仕事をする道具と考えてください
23:35すると熱効率良いは吸収した熱量分の
23:43た仕事ということになりますので300分
23:47の45ということになり
23:510.15ですから
23:58パーセントに直すと15%ということに
24:02なります
24:06そして学校に熱効率20%の熱機関がある
24:11この熱機関250ジュールの熱を加えると
24:14聞い行われる仕事と外に放出される熱量を
24:18求めをとなっています
24:20ですからここではマーズ与えられた量は
24:24最初に書いてあるのが熱効率20%です
24:27からこれが0点20ということになります
24:31そして熱を加えた加えた量が急ですこれが
24:37150ジュール
24:42この時の4号と w と放出された熱量 q
24:47ダッシュにあたる部分を求めようと書いて
24:49あるわけです
24:51もう一度確認しましょう淫熱効率は吸収し
24:54た熱量分のした仕事
24:57このした仕事というのは単にしただけでは
25:00なくしたりされたりを繰り返して全体とし
25:03てどれだけした母ということなので
25:06熱に書き換えると吸収したり放出したりを
25:10繰り返して全体としてどれだけ吸収したか
25:12と等しいということですからまずはいいが
25:17わかっていて9がわかっていると w が
25:19分かります
25:20まずは仕事ダブりは言いかける級という
25:24ことになるので0点20かける
25:29150ジュールで計算すれば良いつまり
25:3230ジュールの仕事をしたことになります
25:38そしてそれに対して放出した熱量はここを
25:41見て下さい w =9-9ダッシュに相当
25:45します
25:46ですから9ダッシュ=にすると9- w 級
25:51の熱量吸収したが w の仕事しかしてい
25:54ないつまりその残りは放出してしまったと
25:58いう式になります
26:00q の値が150
26:03そして仕事が今計算した30
26:07ということは120ジュールは全部逃して
26:10しまったということになるわけです
26:16そして3熱効率10%の音付き感がある
26:2118010時の熱が放出されたされるとき
26:25熱機関に与えられた熱量急ですね
26:28おや b 熱機関が行った仕事 w です
26:31大求めよという事ですので
26:403番はまず式を確認して熱効率は宮中した
26:44熱8分のした仕事
26:47これを熱だけで書くと吸収した熱量部の
26:50吸収した熱量から放出した熱量を引いた
26:53ものということになり
26:56まずここで与えられているのがこれの値い
26:59ノアたが10%ですか0.1ゼロという
27:03ことになりますそして放出された方牛
27:07ダッシュに当たるのが
27:09180ジュールということです
27:13ですからまず聞かれているのが熱量吸収し
27:16た熱量急です
27:18ということでこちら9ダッシュが含まれて
27:21いるのはこちらの良いが与えられています
27:23からここ=ここを見てください
27:25まずは分母を払っていい9=9-9だし
27:31両辺に旧をかけました
27:34そして旧が知りたいので行こうをし
27:36ましょうこちらに移行すると
27:391- e 9そしてこちらに移行して旧
27:43ダッシュとなりますのでちーたいのは9
27:47ですから9=
27:501-言い分の急だ市としても止めることが
27:54できます
27:55式で変形してから数値を入れると比較的
27:59計算が楽になります
28:01ここでは1-0点10分の
28:05180を計算すれば良いということになり
28:09ますので200
28:11有効数字2桁を考えるならば
28:142.0かける中の兄以上ジュール
28:18ここではもう大分の中に180ジュール
28:21などという書き方がありますので別にこの
28:24ような書き方をする必要がありません
28:26180と同じように110ると答えて
28:29しまっても構わないということです
28:32特にここは有効数字が書かれているわけで
28:35はありませんどちらでも構いません
28:38そう手仕事が知りたいということですので
28:41w をさらに求めます
28:45もう仕事 w に関してはこれは
28:50w =99-9ダッシュですから
28:55吸収した熱量が1088吸収した熱量が
28:59210るそして放出した熱量が180
29:03ジュールですから20ジュール吸収したと
29:07いうことがわかります
29:14それでは学習項目3つありましたがわかっ
29:16たでしょうか
29:17例題の解説おこれで終わりにしましょう

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