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エンタルピー と聞くと何を思い浮かべますか? 物体の持つエネルギー量・・・ エントロピーとは全く別の概念・・・ 難しい数式で表されて良くわからないもの・・・ そんなイメージを持っている人も多いのではないかと思います。 確かに熱力学の教科書を読むと最初の方に何やらよくわからない数式とエンタルピーが一緒に出てきて頭が混乱してきます。でも、実際には エンタルピーは工業系の実務で使えるとても便利な考え方 なのです。 今回はそんな エンタルピーがどんな場面で利用されているのか についてイラストや動画を交えながら解説してみたいと思います。 こちらの記事は動画でも解説しているので、動画の方がいいという方はこちらもどうぞ。 エンタルピーとは? エンタルピーは物体が持つエネルギーの総量で 単位はkJ(キロジュール)やkcal(キロカロリー) です。また、単位質量当たりの物体の持つエネルギーは 比エンタルピー と呼ばれkJ/kgで表されます。工業分野では後者の 比エンタルピー が良く利用されます。 エントロピー とは名前が似ているので混同しがちですが、まったく別の考え方になります。 エンタルピーの語源は ギリシア語のエンタルポー(温まる) だと言われています。 物体の持つエネルギーと聞くと、温度に大きく関係してくるというイメージですが、 エンタルピーは温度だけではなく 圧力や体積のエネルギーも含んでいます。 このような考え方から温度によって膨張、収縮する気体には2種類の比熱が存在します。 【熱力学】定圧比熱と定積比熱、気体の比熱が2種類あるのはなぜ? 内部エネルギーとエンタルピーをわかりやすく解説！. 目次1. 気体の比熱が2種類ある理由2. 「Cp-Cv=R」が成り立つ理由3.
5分で分かる「エンタルピー」熱含量とは？メリットは？理系ライターがわかりやすく解説 - Study-Z ドラゴン桜と学ぶWebマガジン
(1)比エンタルピーと、エンタルピーの違い 1kgの冷媒(物質)が持っているエンタルピーを比エンタルピーと言います。 比エンタルピーの単位は(kJ/kg)で、エンタルピーの単位は(kJ)です。 比体積(m3/kg)と体積(m3)との関係を思いだせばすぐ解りますね。 比エントロピーも同様です。 分りきったこととして、「比」を取ってしまうことも多いので注意してください。 (2)熱量とエンタルピーの違い 熱量とはある物質から外部へ放出した(または外部から取込んだ)熱エネルギーのことです。 エンタルピーはある物質が持っているエネルギー(熱+圧力Energy)です。 ある物質のエンタルピーが変化すると、その分だけ外部と熱や動力を出し入れします。 (これが熱力学の第1法則です。エネルギー保存の法則とも言います) 例えば、水1kgの温度が1℃下がるのは、4. 186kJの熱量で冷却されたからです。 (4. 186は水の比熱と言い、単位はkJ/(kg・K)です。昔の単位で1 kcal/kg℃) (3)状態量とエネルギーの関係 圧力、温度、体積のようにある物質の状態を表すものを状態量と言います。 この他にエンタルピー、エントロピー、内部エネルギーなど色々な状態量があります。 状態変化によって発生するもの、例えば熱量、動力、仕事 等は状態量ではありません。 これらは物質が外部と出し入れするエネルギーです(外部エネルギーとも言います)。 (2)の例で、4. 5分で分かる「エンタルピー」熱含量とは？メリットは？理系ライターがわかりやすく解説 - Study-Z ドラゴン桜と学ぶWebマガジン. 186kJの熱量は外部エネルギーです。 一方、1℃当り4. 186kJ/kgだけ比エンタルピー(or内部エネルギー)が高いと言えば、 状態量としての記述です。 (4)エントロピー 熱は高温から低温の物質に流れ、逆には流れません。 (熱力学の第2法則) (エントロピーは熱力学第2法則から導かれ、ds=dq/Tで示される状態量です。) エントロピーとは、ある変化が可逆変化とどの程度違うかを示すものです。 可逆変化とは、外部とのエネルギーの出入りが逆転すると元に戻る変化です。 例えば、断熱圧縮のコンプレッサーを冷媒で駆動すると原理的には断熱膨張エンジンになります。 この様なものが可逆変化です。可逆変化ならばエントロピーは変化しません。 なお、断熱変化は必ずしも可逆変化ではありません。 冷凍サイクルでエントロピーを意識するのは圧縮工程です。 理想の圧縮工程では、冷媒とシリンダとの間に熱の出入りの無い断熱圧縮をし、 エントロピー変化もゼロです。だからP-h線図ではエントロピー線に沿ってコンプレッサーを書きます。 (注意) 膨張弁は断熱変化ですが可逆変化ではありません。 物質は高圧から低圧に流れ、逆には流れない からです。・・・これも第2法則の別表現 膨張、蒸発の行程は全て不可逆変化で、エントロピーは増加します。
内部エネルギーとエンタルピーをわかりやすく解説！
001[m3/kg]$$ ここで、ΔH=2257[kJ/kg]、P=1. 0×10^5[Pa]、ΔV=1. 693[m3/kg]より $$ΔU=2087[kJ/kg]$$ よって内部エネルギー変化は2087kJ/kg、エンタルピー変化は2257kJ/kgということになります。 エンタルピーは内部エネルギーに仕事を加えたもの なので、エンタルピーの方が大きくなっていますね。 体積が一定の場合はΔVが0になるので、内部エネルギーの変化量とエンタルピーの変化量は等しく なります。 話としては、定圧比熱と定容比熱の違いについての考え方と似てますね。 【熱力学】定圧比熱と定積比熱、気体の比熱が2種類あるのはなぜ? 目次1. 続きを見る エンタルピーとエントロピーの違い エントロピーは物体の 「乱雑さ」を表す指標 です。熱量を温度で割ったkJ/K(キロジュール/ケルビン)で表されSという記号が使われます。こちらもエンタルピー同様に単位質量当たりのエントロピーは比エントロピーと呼ばれます。 例えば、水の比熱を先程と同様に4. 2kJ/kgKとすると10℃の 水の比エントロピーは0. 148kJ/kgK となります。 $$\frac{4. 2×10}{(273+10)}=0. 148$$ この水を加熱して30℃まで昇温した場合を考えてみましょう。この場合、30℃の水の比エントロピーは0. 415kJ/kgKという事になります。 $$\frac{4. 2×30}{(273+30)}=0. 415$$ 温度というのは水の分子運動であらわされるので、加熱されて昇温した水は分子の動きが早くなった分「乱雑さ」が増加したという事になります。 水蒸気の場合を考えてみます。 0. 1MPaGの飽和蒸気は 蒸気表 より温度が120℃、比エンタルピーが2706kJ/kgと分かります。ここからエントロピーを計算すると6. 88kJ/kgKになります。 $$\frac{2706}{(273+120)}=6. 88$$ 水の状態と比べると気体になった分 「乱雑さ」が増大 しています。 同様に、0. 5MPaGの飽和蒸気では温度が158. 9℃、比エンタルピーが2756kJ/kgなのでエントロピーは6. 38kJ/kgK。 $$\frac{2756}{(273+158. 9)}=6. 38$$ 1. 0MPaGでは温度が184.
目次1. まとめ エンタルピーは 物体の持つエネルギー 温度エネルギーと圧力エネルギーを足し合わせたもの 燃料、蒸気、空気 など様々なところで利用される エンタルピーと内部エネルギーの違い は仕事を含むか含まないか エントロピーは 熱量を温度で割った値で「乱雑さ」 を表す。 等エンタルピー変化は絞り等、等エントロピー変化はタービンなどの熱機関 で利用される。 エンタルピーは燃料から動力エネルギーを生み出す熱機関では必須の考え方になります。 教科書の最初の数式を見て苦手意識を持っている方も多いかと思いますが、実際にはよく使われる便利な指標なのでぜひ有効に活用していきましょう。 ↓ この記事はこちらの参考書をもとに作成しています。伝熱に関して詳しくなりたいという方にお勧めです。