久しぶりに熱力学の教科書を読んで、熱力学第一法則を新たな捉え方で簡単に覚えられないかな？と思い、以下のようにしてみました。
ある系の回りに熱的周囲(thermal)と力学的周囲(mechanical)があり、それぞれと熱または仕事の授受をしていると考えます。
ただ、熱とか仕事、というのは直感的にイメージしづらいので、それぞれを
お金
と
アンパンマン(のあんこ)
と考えました。
つまり、着目している系は銀行(熱的周囲)からお金を借りたり預けたりし、またアンパンマン達からあんこをもらったりあげたりする、と考えます。
この場合、系と銀行とアンパンマン達が持っているものの
価値
は、全体で一定と考えます。
全体の価値の総量が増えることもなければ減ることもありません。
ということで、熱力学第一法則は教科書通りに書くと以下の通りになります。
一番目の式は、系(自分)が貰ったお金とあんこの分だけ、銀行のお金とアンパンマン達のあんこが減る、という当たり前のことを記述しています。
ちなみに、自分のところには換金所があって、お金はあんこに、あんこはお金に変換できるということにします。
自分は、お金とあんこを所持することで、一律の価値を持つ、と考えます。
この価値がエネルギーです。(と考えます。)
二番目の式は、貰ったお金をq、貰ったあんこをwとした式です。
三番目の式は、一番目の式の変形ですが、自分(系)とアンパンマン達(力学的周囲)の益をまとめて考えると、それは銀行(熱的周囲)の損に等しいですね、ということになります。
四番目の式は、アンパンマンのあんこの量の変化がPΔVで表されるとした場合の式です。ここでは、圧力一定を仮定しています。
圧力一定を言い換えると、あんこの増加量ΔVについて、その単位量あたりの価値Pが一定である、となります。
さらに言い換えるなら、あんこの品質は一定ですよ、ということです。
五番目の式ではエンタルピー変化ΔHを導入し、四番目の式を書き換えています。
これは、自分のところにある価値(内部エネルギーΔU)とアンパンマン達のあんこ(体積変化によるエネルギー変化量PΔV)を別々に考えないで、ひとまとまりにエンタルピーΔHとして考えよう、と解釈できます。
つまり、あんこの価値が一定(圧力一定)なら、銀行(熱的周囲)から貰うお金は、自分のところのエンタルピー変化に等しいということになります。
これが、五番目の式です。
一方、あんこが増えないなら、アンパンマンは居ないのと同然なので、わざわざエンタルピーを考える必要がなく、銀行から貰ったお金(熱量q)は、自分の内部エネルギーΔU(価値(資産のようなもの))と等しいと書けます。
これが六番目の式です。
というふうに、親しみやすい(？)解釈で、熱力学第一法則とエンタルピーを導入してみました。
間違っているところがあれば、ご指摘頂けると幸いです。
ある系の回りに熱的周囲(thermal)と力学的周囲(mechanical)があり、それぞれと熱または仕事の授受をしていると考えます。
ただ、熱とか仕事、というのは直感的にイメージしづらいので、それぞれを
お金
と
アンパンマン(のあんこ)
と考えました。
つまり、着目している系は銀行(熱的周囲)からお金を借りたり預けたりし、またアンパンマン達からあんこをもらったりあげたりする、と考えます。
この場合、系と銀行とアンパンマン達が持っているものの
価値
は、全体で一定と考えます。
全体の価値の総量が増えることもなければ減ることもありません。
ということで、熱力学第一法則は教科書通りに書くと以下の通りになります。
一番目の式は、系(自分)が貰ったお金とあんこの分だけ、銀行のお金とアンパンマン達のあんこが減る、という当たり前のことを記述しています。
ちなみに、自分のところには換金所があって、お金はあんこに、あんこはお金に変換できるということにします。
自分は、お金とあんこを所持することで、一律の価値を持つ、と考えます。
この価値がエネルギーです。(と考えます。)
二番目の式は、貰ったお金をq、貰ったあんこをwとした式です。
三番目の式は、一番目の式の変形ですが、自分(系)とアンパンマン達(力学的周囲)の益をまとめて考えると、それは銀行(熱的周囲)の損に等しいですね、ということになります。
四番目の式は、アンパンマンのあんこの量の変化がPΔVで表されるとした場合の式です。ここでは、圧力一定を仮定しています。
圧力一定を言い換えると、あんこの増加量ΔVについて、その単位量あたりの価値Pが一定である、となります。
さらに言い換えるなら、あんこの品質は一定ですよ、ということです。
五番目の式ではエンタルピー変化ΔHを導入し、四番目の式を書き換えています。
これは、自分のところにある価値(内部エネルギーΔU)とアンパンマン達のあんこ(体積変化によるエネルギー変化量PΔV)を別々に考えないで、ひとまとまりにエンタルピーΔHとして考えよう、と解釈できます。
つまり、あんこの価値が一定(圧力一定)なら、銀行(熱的周囲)から貰うお金は、自分のところのエンタルピー変化に等しいということになります。
これが、五番目の式です。
一方、あんこが増えないなら、アンパンマンは居ないのと同然なので、わざわざエンタルピーを考える必要がなく、銀行から貰ったお金(熱量q)は、自分の内部エネルギーΔU(価値(資産のようなもの))と等しいと書けます。
これが六番目の式です。
というふうに、親しみやすい(？)解釈で、熱力学第一法則とエンタルピーを導入してみました。
間違っているところがあれば、ご指摘頂けると幸いです。