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※ ChatGPTを利用し、要約された質問です(原文:全微分表記から積分して関数を求めるときの質問です。)

全微分表記から積分して関数を求める方法について

このQ&Aのポイント
  • 熱力学の問題で、全微分表記から積分して関数を求める方法について質問があります。
  • 具体的には、式dS = A dT + B dHからSを求める場合、AやBの中にあるHやTはどの値を使えばよいか分かりません。
  • 申し訳ありませんが、教えていただけると助かります。

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  • muturajcp
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回答No.3

訂正します。 dS =AdT+BdH=(∂S/∂T)dT+(∂S/∂H)dH ∂S/∂T=A ∂S/∂H=B となるSを求める Sが2回全微分可能ならば Sに対して(∂/∂T)と(∂/∂H)の操作が可換となり ∂A/∂H=(∂/∂H)(∂S/∂T)=(∂/∂T)(∂S/∂H)=∂B/∂T となる S(T,H)=c(∫_{T0~T}A(T,H)dT+∫_{H0~H}B(T0,H)dH) +(1-c)(∫_{T0~T}A(T,H0)dT+∫_{H0~H}B(T,H)dH) (cは任意定数) とする F(T,H)=∫A(T,H)dT G(T,H)=∫B(T,H)dH とすると S(T,H)=c(F(T,H)-F(T0,H)+G(T0,H)-G(T0,H0))+(1-c)(F(T,H0)-F(T0,H0)+G(T,H)-G(T,H0)) (∂/∂T)F(T,H)=A(T,H) (∂/∂T)(-F(T0,H)-F(T0,H0)+G(T0,H)-G(T0,H0))=0 (∂/∂T)F(T,H0)=A(T,H0) ∂A/∂H=∂B/∂Tだから (∂/∂T)G(T,H)=∫(∂/∂T)B(T,H)dH=∫(∂/∂H)A(T,H)dH=A(T,H) (∂/∂T)G(T,H0)=∫(∂/∂T)B(T,H0)dH0=∫(∂/∂H0)A(T,H0)dH0=A(T,H0) (∂/∂T)S=cA(T,H)+(1-c)(A(T,H0)+A(T,H)-A(T,H0))=A(T,H) (∂/∂H)F(T,H)=∫(∂/∂H)A(T,H)dT=∫(∂/∂T)B(T,H)dH=B(T,H) (∂/∂H)F(T0,H)=∫(∂/∂H)A(T0,H)dT0=∫(∂/∂T0)B(T0,H)dT0=B(T0,H) (∂/∂H)(F(T,H0)-F(T0,H0)-G(T,H0)-G(T0,H0))=0 ∂A/∂H=∂B/∂Tだから (∂/∂H)G(T,H)=B(T,H) (∂/∂H)G(T0,H)=B(T0,H) (∂/∂H)S=c(B(T,H)-B(T0,H)+B(T0,H))+(1-c)B(T,H)=B(T,H) ∂S/∂T=A ∂S/∂H=B となるから S(T,H)=c(∫_{T0~T}A(T,H)dT+∫_{H0~H}B(T0,H)dH) +(1-c)(∫_{T0~T}A(T,H0)dT+∫_{H0~H}B(T,H)dH) が求めるSとなる A = (4aT^3 + CH^2/T^3) B = (-CH/T^2) のとき ∂A/∂H=2CH/T^3=∂B/∂T だから S(T,H) =c(∫_{T0~T}A(T,H)dT+∫_{H0~H}B(T0,H)dH) +(1-c)(∫_{T0~T}A(T,H0)dT+∫_{H0~H}B(T,H)dH) =c(aT^4-CH^2/2T^2-aT0^4 + CH^2/2T0^2-CH^2/2T0^2 +CH0^2/2T0^2) +(1-c)(aT^4 - CH0^2/2T^2 -aT0^4 + CH0^2/2T0^2-CH^2/2T^2 +CH0^2/2T^2) =aT^4-CH^2/2T^2+CH0^2/2T0^2-aT0^4 ∂S/∂T=4aT^3 + CH^2/T^3=A ∂S/∂H=-CH/T^2=B だから S(T,H)=aT^4-CH^2/2T^2+CH0^2/2T0^2-aT0^4 が求めるSとなり S1-S0=S(T1,H1)=aT1^4-CH1^2/2T1^2+CH0^2/2T0^2-aT0^4 となる S(T,H)=c(∫_{T0~T}A(T,H)dT+∫_{H0~H}B(T0,H)dH) +(1-c)(∫_{T0~T}A(T,H0)dT+∫_{H0~H}B(T,H)dH) なので c=1/2のとき S(T,H)=(1/2)(∫_{T0~T}(A(T,H)+A(T,H0))dT+∫_{H0~H}(B(T,H)+B(T0,H))dH) c=1のとき S(T,H)=∫_{T0~T}A(T,H)dT+∫_{H0~H}B(T0,H)dH c=0のとき S(T,H)=∫_{T0~T}A(T,H0)dT+∫_{H0~H}B(T,H)dH のどれでも ∂A/∂H=∂B/∂T であれば ∂S/∂T=A ∂S/∂H=B となるSの解となる

kiryuu006
質問者

お礼

わざわざ何度もありがとうございます! 遅くなってしまい申し訳ありません。助かりました!

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その他の回答 (2)

  • muturajcp
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回答No.2

dS =AdT+BdH=(∂S/∂T)dT+(∂S/∂H)dH ∂S/∂T=A ∂S/∂H=B となるSを求める Sが2回全微分可能ならば Sに対して(∂/∂T)と(∂/∂H)の操作が可換となり ∂A/∂H=(∂/∂H)(∂S/∂T)=(∂/∂T)(∂S/∂H)=∂B/∂T となる S(T,H)=(1/2)(∫_{T0~T}(A(T,H)+A(T,H0))dT+∫_{H0~H}(B(T,H)+B(T0,H))dH) とする F(T,H)=∫A(T,H)dT G(T,H)=∫B(T,H)dH とすると S(T,H)=(1/2)(F(T,H)-F(T0,H)+F(T,H0)-F(T0,H0)+G(T,H)-G(T,H0)+G(T0,H)-G(T0,H0)) (∂/∂T)F(T,H)=A(T,H) (∂/∂T)(-F(T0,H)-F(T0,H0)+G(T0,H)-G(T0,H0))=0 (∂/∂T)F(T,H0)=A(T,H0) ∂A/∂H=∂B/∂Tだから (∂/∂T)G(T,H)=∫(∂/∂T)B(T,H)dH=∫(∂/∂H)A(T,H)dH=A(T,H) (∂/∂T)G(T,H0)=∫(∂/∂T)B(T,H0)dH0=∫(∂/∂H0)A(T,H0)dH0=A(T,H0) (∂/∂T)S=(1/2)(A(T,H)+A(T,H0)+A(T,H)-A(T,H0))=A(T,H) ∂A/∂H=∂B/∂Tだから (∂/∂H)F(T,H)=∫(∂/∂H)A(T,H)dT=∫(∂/∂T)B(T,H)dH=B(T,H) (∂/∂H)F(T0,H)=∫(∂/∂H)A(T0,H)dT0=∫(∂/∂T0)B(T0,H)dT0=B(T0,H) (∂/∂H)(F(T,H0)-F(T0,H0)-G(T,H0)-G(T0,H0))=0 (∂/∂H)G(T,H)=B(T,H) (∂/∂H)G(T0,H)=B(T0,H) (∂/∂H)S=(1/2)(B(T,H)-B(T0,H)+B(T,H)+B(T0,H))=B(T,H) ∂S/∂T=A ∂S/∂H=B となるから S(T,H)=(1/2)(∫_{T0~T}(A(T,H)+A(T,H0))dT+∫_{H0~H}(B(T,H)+B(T0,H))dH) が求めるSとなる A = (4aT^3 + CH^2/T^3) B = (-CH/T^2) のとき ∂A/∂H=2CH/T^3=∂B/∂T だから S(T,H) =(1/2)(∫_{T0~T}(A(T,H)+A(T,H0))dT+∫_{H0~H}(B(T,H)+B(T0,H))dH) =(1/2)( aT^4 - CH^2/2T^2 -aT0^4 + CH^2/2T0^2 +aT^4 - CH0^2/2T^2 -aT0^4 + CH0^2/2T0^2 -CH^2/2T^2 +CH0^2/2T^2 -CH^2/2T0^2 +CH0^2/2T0^2 ) =aT^4-CH^2/2T^2+CH0^2/2T0^2-aT0^4 ∂S/∂T=4aT^3 + CH^2/T^3=A ∂S/∂H=-CH/T^2=B だから S(T,H)=aT^4-CH^2/2T^2+CH0^2/2T0^2-aT0^4 が求めるSとなり S1-S0=S(T1,H1)=aT1^4-CH1^2/2T1^2+CH0^2/2T0^2-aT0^4 となる ∂A/∂H=∂B/∂Tが成り立っていないと ∂S/∂T=A ∂S/∂H=B とならない ∂S/∂T=A ∂S/∂H=B が成り立てば A(T,H)+A(T,H0) のように二つに分かれていなくてもよい

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  • muturajcp
  • ベストアンサー率78% (505/644)
回答No.1

∂A/∂H=∂B/∂T のとき S(T,H)=(1/2)(∫_{T0~T}(A(T,H)+A(T,H0))dT+∫_{H0~H}(B(T,H)+B(T0,H))dH) とすると ∂S/∂T=A(T,H) ∂S/∂H=B(T,H) だから A = (4aT^3 + CH^2/T^3) B = (-CH/T^2) のとき S1-S0=S(T1,H1) =(1/2)(∫_{T0~T1}(A(T,H1)+A(T,H0))dT+∫_{H0~H1}(B(T1,H)+B(T0,H))dH) =aT1^4-CH1^2/2T1^2-aT0^4

kiryuu006
質問者

お礼

毎回解答をいただいて申し訳ありません。 >∂A/∂H=∂B/∂T のとき S(T,H)=(1/2)(∫_{T0~T}(A(T,H)+A(T,H0))dT+∫_{H0~H}(B(T,H)+B(T0,H))dH) の部分なのですが、これは一般的に良く使う式なのでしょうか? なぜこうなるのかが理解できなくて・・・ 具体的にはなぜ偏微分同士の等式が成り立ってないといけないか なぜA(T,H)+A(T,H0) のように二つに分かれているのか がよくわかりません。毎度のことで申し訳ないのでしょうが教えていただけますか・・・?

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