1．　はじめに 本稿では，熱機関の理論サイクルをエクセルギーの観点で考察することで，エネルギー資源を効率的に利用するための考え方を理解する。 2．　熱機関のサイクル 車や発電機など様々な熱機関について検討するとき，そのサイクルを理想化し単純化した理論サイクルを用いることが多い。一…Read More

1．　はじめに 本稿では，熱として物質から取り出されるエネルギーの価値を判断するための優れた指標であるエクセルギーについて知り，基本的な計算方法を理解する。 2．　エクセルギーの考え方 熱機関は熱を仕事に変換する装置であるため，熱機関の性能を考えるとき，投入する熱量あたりの仕事が…Read More

1．　はじめに 本稿では，温度とエントロピーの関係を図示した$T$-$S$線図により，視覚的に熱量のやり取りを理解するとともに，エントロピーを用いて熱力学第二法則を表現することにより，熱力学第二法則の理解を深める。 2．　T–S線図 理想気体の状態変化やカルノーサイク…Read More

1．　はじめに 本稿では，任意の可逆サイクルにおいて，熱源の温度と，熱源とやり取りする熱量の関係を整理することにより，エントロピーの定義と意味を理解するとともに，エントロピーの具体的な計算方法を学ぶ。 2．　クラウジウスの積分

1．　はじめに 熱力学第一法則より，熱と仕事は形態が異なるものの，どちらもエネルギーの一種で相互に変換できるとともに，その総和は不変であることはすでに述べた。また，第7回で述べたように，熱機関は熱から仕事を取り出す仕組みであり，その熱効率は投入した熱量に対する取り出した仕事の割合…Read More

可逆サイクル 1．　はじめに 本稿では，可逆サイクルについて理解する。また，カルノーサイクルと逆カルノーサイクルについて学び，熱機関と冷凍サイクルの基本原理を理解する。 2．　サイクル 熱機関と冷凍サイクルは，熱の吸収・放出に伴い物質（作動物質）が膨張・収縮する性質を利用して，熱…Read More

熱機関と冷凍サイクル 1．　はじめに 本稿では，熱と力学的仕事の変換を実現する装置である熱機関と冷凍サイクルについて理解し，その性能を表す指標である熱効率と成績係数について知る。

理想気体の状態変化 1．　はじめに 本稿では，理想気体の状態変化について理解する。状態変化の基本的な考え方をまとめたうえで，代表的ないくつかの状態変化について，状態量の変化量や熱・仕事の移動量の計算方法を解説する。 2．　状態変化 作動物質がある状態から別の状態に変わるとき，その…Read More

理想気体 1．　はじめに 本稿では，熱力学で状態変化を考える際の作動物質として最もよく用いられる理想気体について理解する。理想気体がよく用いられる理由は，その状態方程式が非常にシンプルであるためであり，熱力学に関する様々な考察を行う際に理想気体を用いると状態変化の計算が簡単になり…Read More

1．　はじめに 本稿では，閉じた系と開いた系に対する熱力学第一法則の具体的な表現を学ぶとともに，状態量と状態量でないもの，開いた系で定義されるエンタルピーについて理解する。 2．　閉じた系の第一法則 ここでは，閉じた系の熱力学第一法則の具体的な表現の方法を学ぶ。図3.1に示した，…Read More

1．　はじめに 本稿では，熱力学の根幹をなす法則の一つである，熱力学第一法則について解説するとともに，気体による仕事の表現と内部エネルギー，その前提となる準静的過程などについて理解する。 2．　熱力学第一法則 前回示したジュールの実験から，熱と仕事は形態が異なるものの，本質的には…Read More

＜本連載にあたって＞ 機械工学に携わる技術者にとって，「材料力学，機械力学，熱力学，流体力学」の四力学は，必須の重要な学問分野である。一方，高等教育における学問領域の多様化から，これらの基礎力学のために割かれる時間が減少していると言われており，初学者が学びやすい教科書の要望が高ま…Read More