気体の状態変化
非常に興味深い物理学の一分野が熱力学で、特にエアコンプレッサにおける知見を得たい場合に役立ちます。この記事では、熱力学の概要に続き、気体の状態の変化について説明します。
状態の5種類の変化
気体の状態の変化は、p/V図である点から別の点までたどることができます。実際の事例では、変数p、V、およびTの3つの軸が必要です。状態が変化するにつれて、p、V、およびT空間の表面上の3次元曲線に沿って移動します。ただし、簡略化するために、通常は3つの面の1つにこの曲線を投影することを考えます。この面は通常、p/V面です。5種類の状態の変化を考えることができます。
- 等積過程（体積が一定）
- 等圧過程（圧力が一定）
- 等温過程（温度が一定）
- 等エントロピ過程（周囲との熱交換なし）
- 多方過程（周囲との完全な熱交換）
等積過程とは
体積を一定とした等積過程の例は、密封された容器内の気体を加熱することです。
等圧過程とは
圧力を一定とした等圧過程の例は、ピストンに一定の負荷をかけながらシリンダ内の気体を加熱することです。
等温過程とは
シリンダ内の気体を等温で圧縮する場合、加える仕事と等しい熱量を徐々に取り除く必要があります。このような遅い過程は起こり得ないため、現実的ではありません。
等エントロピ過程とは
完全に断熱されたシリンダ内のガスを圧縮して、周囲との熱交換が全くない場合に等エントロピ過程となります。ノズルを通して気体を急速に膨張させ、その速度が速すぎて周囲との熱交換が起こらない場合にも等エントロピ過程となります。
多方過程とは
等温過程では周囲との全面的な熱交換が行われますが、等方過程では熱交換が一切ありません。実際には、すべての過程がこの両極端の間で起こります。つまり多方過程です。この過程の関係は以下のとおりです。
関連記事
配管とスロットル調整を通じた気体のフロー
4 8月, 2022
圧縮空気の仕組みを理解するには、物理学の基本が役立ちます。熱力学とは何であり、それが圧縮空気の仕組みを理解するうえで重要な理由についてご覧ください。