１章：熱力学の基本パラメータの記号と単位

    作成2012.06.19
    気体の状態は3個のパラメータ、すなわち圧力、比容積、温度で表されます。

  1. 圧力
    1. 工学単位：工学気圧(ata）
      　1ata＝1kp/cm2＝10000kp/ｍ2　　---　(1.1)式
      　 (1.1)式において、1kpとは質量1kgの物体が1G（9.8m/s2)の重力加速度で生じる力です。

    2. 物理単位：標準気圧（atm）
      　物理学での標準気圧は
      　　1atm＝101325Pa＝10339kp/m2＝1.0339ata　---　(1.2)式
      となります。

      　圧力計では大気圧をゼロとして、圧力の大きいときプラス、小さいときマイナス（真空圧）と表示してあります。このような圧力をマノメータ圧力（atm）といいます。これに対し て完全真空からの圧力を絶対圧力(ata)といいます。

      圧力の記号として、p（絶対圧力）を使用します。


  2. 比容積
      　気体の状態を指定する基礎的な量として2番目にあげなければならないのは、比容積ｖです。
    1. 工学単位
      たとえば質量G(kg)の容積をV(m3)とすると
      　　　　ｖ＝V/G　(m3/kg)　　---　(1.3)式
      です。比容積の逆数が比質量γで
      　　　　γ=1/ｖ＝V/G　(kg/m3）　　---　(1.4)式
      です。 (1.4)式から 　　　　 γｖ＝1　　---　(1.5)式
      従って
      　　　　　V=Gv＝G/γ　　----　(1.6)式
      　　　　　G= γ V＝V/v　　---　(1.7)式
      の関係が得られます。
    2. 物理単位
      　物理学における比容積はモル量G（mol)が用いられます。従って(1.3)式は
      　　　　ｖ＝V/G　(m3/mol)　　---　(1.8)式
      となります。(1.4)式は
      　　　　γ=1/ｖ＝V/G　(mol/m3）　　---　(1.9)式
      となります。


  3. 温度
    　気体の状態を与える第3の基礎的な量は温度です。温度の単位は工学単位と物理単位が一致します。
    　日常的に使用する温度t（摂氏）は1気圧における氷の融点が0℃、水の沸点が100℃として定義されています。
    　温度には究極の冷たさがありこれを絶対零度といいます。絶対零度を基準とした温度が絶対温度T（ケルビン）であり単位は（°K）で表示します。
    　絶対温度T（ケルビン）と日常温度t（摂氏）の関係は
    　　　　T=t+273　(°K ）　　---　(1.10)式
    となります。
    （厳密には絶対零度＝-273.15℃ですが、以下絶対零度＝-273℃とします。）
    絶対温度を記号T、単位Kと表記します。
    摂氏温度を記号ｔ、単位℃と表記します。
    絶対温度、摂氏温度どちらでも変化しない場合（差分の場合）、単位degと表記します。


  4. エネルギー
    　気体にエネルギーを与えると気体の状態が変化します。あるいは、気体の状態が変化するとエネルギーを得ることができます。
    　体積Vの気体に与える総エネルギーをQとします。与えられたエネルギーは内部エネルギーUと仕事のエネルギーLに変化し下記の関係式となります。
    　　　　Q=U+L　　---　(1.11)式
    　 (1.11)式はエネルギーの単位が一致していないと成立しません。
    1. 通常の工学単位
      　通常の工学単位において
      総エネルギーQの単位＝kcal
      内部エネルギーUの単位＝kcal
      仕事のエネルギーLの単位＝mkp
      が使用されます。この場合、エネルギーの単位が異なるため
      単位変換定数A＝1/427　（ kcal/ mkp）
      が必要となり、 (1.11)式は
      　　　　Q=U+AL　　---　(1.12)式
      となります。

    2. 統一工学単位
      総エネルギーQの単位＝ mkp
      内部エネルギーUの単位＝ mkp
      仕事のエネルギーLの単位＝mkp
      とするならば、 (1.11)式が成立します。以後、統一工学単位と使用します。

    3. 物理単位
      総エネルギーQの単位＝J
      内部エネルギーUの単位＝ J
      仕事のエネルギーLの単位＝J
      であり、 (1.11)式が成立します。


  5. 比エネルギー
    　比容積の気体に与える総エネルギーをqとします。与えられたエネルギーは比内部エネルギーuと比仕事エネルギーｌに変化し下記の関係式となります。
    　　　　q=u+l　　---　(1.13)式
    　比容積と同様に
    1. 統一工学単位
      質量G(kg)の気体において
      比総エネルギー 　　　　ｑ＝Q/G　(mkp /kg)　　---　(1.14)式
      比内部エネルギー　　　u＝U/G　(mkp /kg)　　---　(1.15)式
      比仕事のエネルギー　　ｌ＝L/G　(mkp /kg)　　---　(1.16)式
      とします。

    2. 物理単位
      モル量G(mol)の気体において
      比総エネルギー 　　　　ｑ＝Q/G　(J /mol)　　---　(1.17)式
      比内部エネルギー　　　u＝U/G　(J /mol)　　---　(1.18)式
      比仕事のエネルギー　　ｌ＝L/G　(J /mol)　　---　(1.19)式
      とします。

      　以上が熱力学の基本パラメータの記号と単位です。統一工学単位と物理単位とでは、単位が異なるため値は一致しませんが、計算式は同じとなります。








２章：気体の基礎方程式と熱力学の第1法則に行く。

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