熱力学の第一法則と断熱変化の遊び方【気象予報士試験対策】

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イラスト図解 よくわかる気象学』で気象予報士試験の準備中。

今日は、熱力学の第一法則について学習しました。

熱力学の第一法則は便利 

ΔQ=ΔW+Δu 

これが熱力学の第一法則ですが、ΔQは加えられた熱量、ΔWは体積変化、Δuは温度変化を表します。

この式から、加えられた熱量が何に消費されたかが知れます。

例えば、100の熱量(ΔQ)を加えると、それは体積変化(ΔW)と温度変化(Δu)のためのエネルギーとして消費されることがわかります。

100(加えられた熱量)=50(体積変化)+50(温度変化)

加えられた熱量100は、体積変化50、温度変化50のためのエネルギーとして消費されました。

便利なのは、この三つのうちの一つ数字が不明でも、導き出せるということです。

100(加えられた熱量)=??(体積変化)+50(温度変化)

体積変化の数字が不明でも、50が入るのが算数的にわかります。

熱力学の第一法則と断熱変化の遊び方

ではこの熱力学の第一法則に慣れるため、以前の記事で出てきた断熱変化の場合で数字遊びしましょう。

まず断熱なので、加えられた熱量は0です。

0(加えられた熱量)=(体積変化)+(温度変化)

そして空気が上昇して気圧が下がり、体積は20膨張します。

0(加えられた熱量)=20(体積変化)+(温度変化)

さてこの場合、温度変化はいくらでしょうか?

答えは、-20です。

温度変化の値が-20にならないと、加えられた熱量0とのイコールの関係が崩れてしまいます。

0(加えられた熱量)=20(体積変化)-20(温度変化)

空気は上昇すると気圧が下がって膨張し、その温度は低下するという断熱変化が、この数式にそのまま表現されていることがわかります。

熱力学の第一法則の語呂合わせ

需要があるか不明ですが、熱力学の第一法則の式を覚えるための語呂合わせを作成しました。必要な方はご利用ください。

ΔQ=ΔW+Δu

この球(きゅう)は、What a unique!

What a uniqueは英語の感嘆文で、「なんとユニークなのだろう!」という意味です。厳密には文法的に、What a unique ball this is!となるべきですが。

気象予報士試験のオンラインスクールの紹介 

気象予報士試験に合格されている中島俊夫氏が書かれた『イラスト図解 よくわかる気象学』を使って学習しています。漫画付きで、とてもわかりやすいです。

【オンスク.JP】 では、この著者による講座をパソコンやスマホで視聴することができます。興味のある方は、試してみてください。

※講師や講座内容は変更されることもあるかもしれないので、各自で内容を確認の上でお願いします。