断熱変化

だんねつへんか

気体が変化するとき、外部との間で熱の出入りがない状態変化。

断熱材で囲まれた容器の中の気体を、すばやく圧縮したり膨張させたりする場面を考える。外から熱が入ったり外へ逃げたりする時間がほとんどないとき、気体は熱のやりとりをしないまま状態を変える。つまり、気体を圧縮すると温度は上がり、膨張すると温度は下がる。

身近な例では、自転車の空気入れをすばやく押すと空気が熱くなりやすい。これは圧縮の仕事が気体の内部エネルギーの増加につながるためである。反対に、気体が外へ向かって広がると、自分で仕事をする分だけ内部エネルギーが減り、温度が下がることがある。

\[Q = 0\]

したがって、熱力学第一法則

\[Q = \Delta U + W\]

より

\[\Delta U = -W\]

また、理想気体の断熱変化では

\[pV^\gamma = \text{一定}\]

が成り立つ。

\(Q\)：気体が受け取る熱量（J）
\(\Delta U\)：内部エネルギーの変化（J）
\(W\)：気体が外部にする仕事（J）
\(p\)：圧力（Pa）
\(V\)：体積（m³）
\(\gamma\)：比熱比（無次元）

分野：熱