エネルギーと熱で見る変化の規則

系と境界で解析範囲を定め、状態を性質の束として、P-V 平面上の一点として見る

分子の衝突が圧力、速さの平均が温度。熱平衡と絶対温度(K)、第ゼロ法則まで

P-T 状態図で固体・液体・気体を分け、P-v 飽和ドームと三重点・臨界点まで

膨張は仕事、W = ∫P dV は曲線の下の面積。経路依存と符号の約束まで

内部エネルギーは入った熱から出た仕事を引いた分だけ変わる。U は状態量、断熱・等積・サイクルまで

H = U + PV。定圧の熱が ΔH、開いた系の流れ仕事が PV。なぜ流れ・定圧で H が自然か

PV=nRT で P・V・T が結ばれる。等温は双曲線、等圧・等積は直線、断熱は PV^γ のより急な曲線

Q_H を受け取り仕事 W を出し Q_C を捨てる。循環なので Q_H = W + Q_C、効率 η = W/Q_H = 1 - Q_C/Q_H

熱はひとりでに高温→低温。ケルビン・プランク(η<1)とクラウジウス(冷蔵庫は W 必要)は同じ法則。実際の過程は不可逆

等温2 + 断熱2 行程。η = 1 - T_C/T_H は温度比だけで決まる天井。その下に Q_H/T_H = Q_C/T_C

dS = dQ_rev/T の状態量。宇宙は ΔS_total ≥ 0(時間の矢)、可逆のときだけ等号。統計的に S = k ln Ω

ボイラー・タービン・復水器・ポンプの四つ。相変化でほぼ一定温度の熱交換、ポンプ仕事は小さい。η = W_net/Q_H

相変化のない気体サイクル。オットーは定容、ディーゼルは定圧燃焼。η = 1 − 1/r^(γ−1)、ディーゼルは高い r で勝つ

機関を逆に、仕事 W で熱を低温から高温へ。Q_H = Q_C + W、性能は COP = Q_C/W、カルノー COP = T_C/(T_H−T_C)