熱力学 ゆっくりと

質問

熱力学でよく分からないことがあります。
混乱してきました。

定圧変化について

「ピストンが『滑らかに動く』」からと言って定圧変化ではないですよね。
(断熱変化でも「ピストンが『滑らかに動く』」問題があります..)
定圧変化は同じ圧力Pのまま、状態変化することですよね。
(状態前の圧力P(前))と(状態後の圧力P(後))が同じということ。
微小変化でつり合いを保ちながら、圧力が一定になるように変化をさせることですよね。

「ピストンが『滑らかに動く』」時に、
「ゆっくりと」や「準静的に」と記述が〈ある〉場合は、ピストンがつり合いながら変化しているのでしょうか。

「ピストンが『滑らかに』動く」時に、
「ゆっくりと」や「準静的に」と記述が〈ない〉場合とは違うのでしょうか。

「ピストンが『滑らかに』動く」時に、ピストンがつり合うまで変化が起こるのですか。

画像の問題のようにAの圧力も変化し、Bの圧力も変化する時に(外圧が変化する時に)「ピストンが『滑らかに』動く」問題は、ピストンがつり合う位置まで、ピストンがつり合いながら変化するのでしょうか。

回答No.5

jamf0421

回答No.3へのお返事に対する回答です。

>この画像の問題でのピストンは常につり合っているのでしょうか。
つりあっていないと思います。

>「準静的な」変化ではない熱力学の問題は高校範囲においてありますでしょうか。
高校の範囲について詳しくないですが、定圧Pに抗してΔV膨張し、外部への仕事がPΔVになる時とか、真空に広がってなした仕事がゼロと言った例は不可逆変化ですが、高校の範囲にありませんか。

回答No.4

head1192

「滑らかに動く」とは「摩擦を考えない」ということ。
滑らかに動かないと摩擦熱が生じたりして、到底解けない方程式になってしまう。

補足

返答していただきありがとうございます。

ピストンがつり合いながら、状態変化していくということではないでしょうか。

回答No.3

jamf0421

ピストンが滑らかに限りなくゆっくりや準静的で動くときはピストンは圧力差が限りなく小さい条件のもとでほぼ平衡を保ちつつ移動します。いわば各瞬間が平衡状態の点綴です。
限りなくゆっくりとか準静的でない場合、たとえば外圧Poが一定で、内圧がそれよりも有限の大きさで大きい状態から、ピストンを急に滑らかに移動できるようにしたら気体は膨張しますが有限の速度で膨張し、準静的変化ではありません。

補足

返答していただきありがとうございます。
返信が遅くなり、すみません。

この画像の問題でのピストンは常につり合っているのでしょうか。
「準静的な」変化ではない熱力学の問題は高校範囲においてありますでしょうか。

回答No.2

ohkawa3

「準静的に」と同じ意味と理解してよいかと思います。
現実のシステムでは、ピストンを動かすためには、摩擦力や可動部を加速させるさせるための力が必要ですが、そのような事象を一括して「そのような力は十分に小さいと仮定して無視してよい」という意味「滑らかに動く」、「ゆっくりと」、「準静的に」のような表現をしていると思います。

厳密に追及すると「嵌り」ます。「嵌る」ことに知的興味心があれば、大いに追求すればいいと思います。嵌りたくなければ、出題者に当面は「騙される」ことを許容して、もっと多様な演習問題に接することで力学の全貌を把握することを目指すのも選択肢と思います。広範囲の考え方を把握できれば、マクロな説明において、ミクロな挙動を無視した方がシステム全体の挙動を把握しやすいことを実感できます。

補足

返答していただき、ありがとうございます。
返信が遅くなり、すみません。。

つまり、高校範囲の熱力学の問題において「ピストンが『滑らかに』動く」時は、ピストンが『される』力のは、ピストンが動いている時、常につり合っているのでしょうか。

回答No.1

hiro_1116

「滑らかに動く」は、常に圧力のバランスを保ちながら（内外の圧力が等しく）動く。
「ゆっくりと」は、熱の出入りが常にバランスされながら（内外の温度が等しく）動く。
といった意味かと。