クイズ問題: 「ネルンストの定理」とも呼ばれる、「絶対零度でエントロピーはゼロになる」という法則のことを「熱力学第何法則」という?
答え: 熱力学第三法則

関連するWikipedia記事の抜粋:
title: 電気化学
text: 19世紀末には、熱力学の発展が電気化学に大きな影響を及ぼした。ヴァルター・ネルンストによるネルンストの式の提唱である。これによって電気化学反応は一般の化学反応と同等に扱うことが出来るようになった。電位がギブズエネルギーを電気量で割ったものであることを示したこの式は、電位差が電気化学反応を推し進める原動力であり、電位差がなければ電気化学反応が起こらないという事実の理論的な裏づけとなったのである。
title: ルートヴィッヒ・ボルツマン
text: エントロピーは「でたらめさの尺度」として解説されることが多いが、本来エントロピーとは、ルドルフ・クラウジウスによって、カルノーサイクルの性質を語る中で、 d S = d Q / T {\\displaystyle dS=dQ/T} という式の形で、dSとして発見された関数であった(dQ: 熱の微量変化、dS: エントロピーの微小変化、T: 温度)。そのエントロピーが、詰まるところ原子・分子などの「でたらめさ」の尺度であることを論証したのが、ボルツマンが導いたこの式 ( S = k log  W {\\displaystyle S=k\\,\\log W} ) であった。
title: 電圧降下
text: 電圧降下(でんあつこうか)とは、電気回路に電流を流したとき、回路中に存在する電気抵抗の両端に電位差が生ずる現象のこと。または生じた電位差のこと。このとき電流 I {\\displaystyle I} 、電気抵抗 R {\\displaystyle R} と電位差 V {\\displaystyle V} との関係は、 V = I R {\\displaystyle V=IR} となり、この関係をオームの法則という。ひとつの閉回路中での電圧降下の総和は、その回路における起電力(電源電圧)に等しく、これをキルヒホッフの法則(第二法則)という。
title: エントロピー
text: クラウジウスは1854年にクラウジウスの不等式として熱力学第二法則を表現していたが、彼自身によって「エントロピー」の概念が明確化されるまでにはそれから11年を要した。不可逆サイクルでゼロとならないこの量をクラウジウスは仕事と熱の間の「変換」で補償されない量として、1865年の論文においてエントロピーと名付けた。エントロピーという言葉は「変換」を意味するギリシア語: τροπή(トロペー)に由来している。
title: 電流
text: 物質に電流が流れると、物質の電気抵抗によって熱(ジュール熱)が発生する。オームの法則が成り立つ場合、単位時間にジュール熱として消費されるエネルギーは電流の2乗と抵抗値に比例する。
title: イミタンス
text: イミタンス(英語: Immittance、しばしばイミッタンス)は、圧と流れの比であるインピーダンスと、流れと圧の比であるアドミタンスの双方の総称である。インピーダンスとアドミタンスからなる造語 (impedance + admittance) である。圧と流れの積は仕事率である。
title: 物理学における時間
text: 1798年までに、ベンジャミン・トンプソン(1753年-1814年)は、仕事が限界なしに熱に変わる可能性があることを発見した。これは、エネルギー保存の法則(熱力学第一法則)の先駆けとなるものであった。
title: ジュールの法則
text: である。ここで Q {\\displaystyle Q} は生み出される熱量、 I {\\displaystyle I} は抵抗を流れる一定の電流、 R {\\displaystyle R} は電気抵抗、 t {\\displaystyle t} は電流が流れる時間である。電流がアンペア、抵抗がオーム、時間が秒で表されるとき、 Q {\\displaystyle Q} の単位はジュールである。ジュールの第一法則は後の1842年にハインリヒ・レンツによって独立に発見されたため、ジュール=レンツの法則ともよばれる。電流を流す導体の発熱効果はジュール熱とよばれる。
title: 物理学に関する記事の一覧
text: ねじれ - ネーターの定理 - 熱(熱エネルギー) - 熱学 - 熱機関 - 熱機関の理論サイクル - 熱雑音 - 熱振動 - 熱中性子 - 熱的死 - 熱電子 - 熱伝導(熱伝導の法則) - 熱伝導率 - 熱電能 - 熱放射 - 熱容量 - 熱力学 - 熱力学温度 - エネルギー保存の法則(熱力学第一法則) - 熱力学第二法則 - 熱力学第三法則(ネルンストの定理) - 熱力学的平衡(熱平衡) - 熱力学・統計力学の年表 - ネルンスト効果
title: ヤン・デ・フリース (オートバイレーサー)
text: ボルツマンの原理(ボルツマンの関係式、ボルツマンの公式)とは、統計力学において、系の微視的な状態数から巨視的な熱力学ポテンシャルであるエントロピーを与える関係式である。 ボルツマンの原理により、状態数 W からエントロピー S が
title: 散逸
text: 散逸によるエネルギーの時間当たりの減少量を散逸関数という。例えば摩擦を伴う運動に関しては、速度を v、動摩擦係数を c とすると、エネルギー減少速度(dE/dt)は1/2 cv に比例するため、これが散逸関数となる。 電流に関しては、電流を I、抵抗を R とすると、散逸関数は RI となる(ジュールの法則)。
title: 音速
text: 音は空気の膨張・収縮によって伝わるとすると、その際に空気の温度は変化することになる。ニュートンは音の伝播を等温変化(ボイルの法則が成り立つ)として計算したが、音速を正しく求めるならば、温度変化も考えなければならない。ビオはラグランジュの手法を使って、弾性力が密度の1+α乗に比例すると考え、このとき音速は、これまでの理論値の 1 + α {\\displaystyle {\\sqrt {1+\\alpha }}} 倍になると計算した。
title: ダニエル・ベルヌーイ
text: 1738年に出版された最も重要な著書は、Hydrodynamica (『流体力学』)である。すべての結果が一つの原則(この場合はエネルギー保存の法則)に結びついていくところなどは、ラグランジュの Mechanique Analytique (『解析力学』)に似ている。「空気や水の流れがはやくなると、そのはやくなった部分は圧力が低くなる。はやく流れるほど圧力は下がる。」というベルヌーイの定理は、流線や渦線に沿ってベルヌーイ関数が保存されるという形に友人のオイラーが洗練して今日の流体力学の基礎を築いた。
title: ジョゼフ・フーリエ
text: フーリエは、「各点での熱の移動する速さは、その点における温度勾配に比例する」(フーリエの法則)ことを示した。これにより、ある時刻のある領域における熱量は流入した熱と流出した熱の差で表すことができる。また、熱量と比熱・温度の関係式からも熱量を表すことができる。フーリエはこれらの関係式を用いて熱伝導方程式を導き、さらにいくつもの境界条件のもとでこれを解いた。
title: 煙霧
text: 微粒子が吸湿性の場合、湿度が100%以下の環境でも、粒子が水蒸気を吸収して微小な液滴を形成する(潮解)。特に、硫酸塩や硝酸塩などの化学物質の微粒子では、純水に比べて飽和水蒸気圧が小さいため、容易に液滴を形成する。液滴と相対湿度の関係はラウールの法則とケルビン方程式を組み合わせたケーラーの式で表され、元となる化学物質により固有の値をとる。そのグラフはケーラー曲線(参考:ケーラー理論(英語版))と呼ばれている。
title: 理想気体
text: T と n が同じであれば、理想気体のエンタルピー H は V にも p にも依らずに同じ値になる(ジュールの法則)。理想気体は等エンタルピー膨張で温度が変化しない。
title: 音速
text: と表せる。そして、ボイルの法則( PV = 一定)が成り立つとき、k は圧力 P に等しくなり、音速は
title: ヘスの法則
text: 現代の化学では、化学反応の生成熱(より厳密にはエンタルピー変化)は反応経路にかかわらず一定と言い表すことができる。もともとエンタルピーは状態量であるから、熱力学第一法則からヘスの法則は容易に誘導されるともいえる。(エンタルピーは後世の概念である事に留意。)
title: ジュール熱
text: となる。ジュール熱の量は、抵抗 R {\\displaystyle R} と電流 I {\\displaystyle I} の二乗の積に比例する。これはイギリスの物理学者、ジェームズ・プレスコット・ジュールが実験によって発見した物理法則で、ジュールの法則と呼ばれる。
title: カロリック説
text: このような中で、1843年、ユリウス・ロベルト・フォン・マイヤーは、運動のエネルギーが熱に、あるいは逆に熱が運動のエネルギーに変わり得ることを明らかにした。1845年ジェームズ・プレスコット・ジュールは、実験を元に熱の仕事当量を算出した。また1847年ヘルマン・フォン・ヘルムホルツも、熱と仕事の等価性について論じた。このような一連の研究により熱力学第一法則(エネルギー保存の法則)が確立されると、この法則が熱量保存則では説明できない事象も含む広い範囲で成立することが明らかになり、熱量保存則に立脚していたカロリック説はその意義を失った。その後、熱が分子の運動であるとする熱の分子運動論が建設されるとともに、また熱力学の成立とともに熱素説は消滅した。
title: ジュール＝トムソン効果
text: はジュール=トムソン係数(Joule–thomson coefficient)と呼ばれ、ジュール=トムソン効果を測る指標となる。 係数とはいうが、平衡状態に依存して決まる状態量であり、一般には温度と圧力の関数として表される。 気体の膨張、すなわち圧力の低下(Δp < 0)に伴って温度は
title: キルヒホッフの法則 (反応熱)
text: ここで ΔrH(T, P) は、温度 T、圧力 P の定温定圧条件下で起こる反応に伴うエンタルピーの変化であり、反応エンタルピーと呼ばれる。発熱反応では ΔrH < 0 であり、吸熱反応では ΔrH > 0 である。また ΔrCP(T, P) は、生成物の定圧熱容量から、同じ温度・圧力の下にある反応物の定圧熱容量を引いたものである。
title: エントロピー
text: エントロピーはエネルギーを温度で割った次元を持ち、SIにおける単位はジュール毎ケルビン(記号: J/K)である。エントロピーと同じ次元を持つ量として熱容量がある。エントロピーはサディ・カルノーにちなんで一般に記号 S を用いて表される。
title: 熱力学的状態方程式
text: ファンデルワールスの状態方程式に従う気体がジュール=トムソン膨張するときは、断熱自由膨張のときとは違って、気体の温度が低くなることも高くなることもある。温度変化の向きは膨張前の温度・圧力におけるジュール=トムソン係数 μJT の符号によって決まる。温度の低下と上昇が入れ替わる温度を、ジュール=トムソン効果の逆転温度という。熱力学的状態方程式を使うと、逆転温度 Tinv の圧力依存性をファンデルワールスの状態方程式から導くことができる。
title: カロリック説
text: ラヴォアジエは『化学原論』に先立つ1783年にラプラスとの共同研究で、化学変化の前後で熱量(カロリック説の言葉でいう、カロリックの量)は保存するという法則を提唱した。これは熱量保存則と呼ばれる。この法則自体はカロリック説を前提とした理論ではなく、実際ラプラスは当時熱運動説の支持者であった(後に熱物質説へと転向)。しかし、結果的に熱量保存則は、熱力学第一法則が確立されるまで、カロリック説に立脚する熱学の基本法則とされるようになった。
title: 温度
text: 原子、分子レベルにおける温度の意味については、ジェームズ・クラーク・マクスウェルの気体分子運動論によって初めて明らかとなった。気体分子の並進運動の速度分布はマクスウェル分布に従い、この分布関数の形状は温度に依存している。特に気体分子の並進運動エネルギーの平均値は3/2 kT(k:ボルツマン定数、T:熱力学温度)となり、温度に比例する。すなわち温度は分子の並進運動の激しさを表す数値でもある。このためプラズマ中のイオンや電子の持つ平均運動エネルギーを温度で表現することがある(プラズマ中のイオンや電子は並進運動の自由度しか持たないからである)。この時は通常平均運動エネルギー = kTとなる温度Tによって表現する。
title: 熱流束
text: フーリエの法則によれば、熱流束は熱の流れる方向の温度勾配に比例する。その比例係数を熱伝導率(記号ρ)という。
title: 熱膨張率
text: 熱膨張率(ねつぼうちょうりつ、英: coefficient of thermal expansion、略: CTE)は、温度の上昇によって物体の長さ・体積が膨張(熱膨張)する割合を、温度当たりで示したものである。熱膨張係数(ねつぼうちょうけいすう)とも呼ばれる。温度の逆数の次元を持ち、単位は毎ケルビン(記号: 7000100000000000000♠1/K)である。
title: カルノーの定理 (熱力学)
text: 1850年、ルドルフ・クラウジウスは熱力学第二法則を提唱した。そしてその論文の中で、カルノーの定理を、熱素を使わない形で証明した。カルノーの定理は、クラウジウスの主張(熱は低温から高温にひとりでに移動することはない)における大きな論拠となっている。
title: クラウジウスの定理
text: クラウジウスはエントロピーという概念に関する研究を行った最初期の研究者のひとりであり、エントロピーという命名にも携わった。現在クラウジウスの定理として知られる定理は、1862年にクラウジウスの六番目の紀要「内部仕事への変換の透過性に関する定理の応用について」において記述されたものである。クラウジウスは系に熱流 (δQ) として流入するエネルギーとエントロピーの比例関係を示すことを試みた。このような系においては、この熱エネルギーは仕事へと変換され、仕事は循環過程の間に熱へと戻される。クラウジウスは「循環過程において発生するすべての変換の代数和はゼロより小さいか、最善でもゼロに等しくなければならない」と述べている。言い換えると、δQ を熱によるエネルギー流入、T をエネルギーを吸収する際の物体の絶対温度とすると、どのような可逆な循環過程においてであれ、等式
title: ギブズ-ヘルムホルツの式
text: ギブズ-ヘルムホルツの式(ギブズ-ヘルムホルツのしき、Gibbs-Helmholtz equation)とは、熱力学における関係式。内部エネルギーまたはエンタルピーと、自由エネルギーの間の関係式である。1876年にウィラード・ギブズが理論的に導出し、1882年にヘルマン・フォン・ヘルムホルツが実験的に証明した。ヴァルター・ネルンストは1906年、この式を手掛かりに熱力学第三法則を発見した。
title: エントロピー
text: 1999年にエリオット・リーブ(英語版)とヤコブ・イングヴァソン(英語版)は、「断熱的到達可能性」という概念を導入して熱力学を再構築した。「状態Yが状態Xから断熱操作で到達可能である」ことを X ≺ Y {\\displaystyle X\\prec Y} と表記し、この ≺ {\\displaystyle \\prec } の性質からエントロピーの存在と一意性を示した。 この公理的に基礎付けされた熱力学によって、クラウジウスの方法で用いられていた「熱い・冷たい」「熱」のような直感的で無定義な概念を基礎から排除した。温度は無定義な量ではなくエントロピーから導出される。このリーブとイングヴァソンによる再構築以来、他にも熱力学を再構築する試みがいくつか行われている。
title: ギブズ-ヘルムホルツの式
text: 温度 T と圧力 p を変数とするエンタルピー H(T, p) は、熱力学ポテンシャルではない。エンタルピーの自然な変数は (T, p) ではなく (S, p) なので、H(T, p) ではなく H(S, p) が熱力学ポテンシャルである。たとえばギブズエネルギー G は
title: 発熱反応
text: 反応の進む方向は反応および環境条件の熱力学的性質により決まる。熱を Q と表記し、系外から系内へ熱が移動する場合を正とすれば、発熱反応はQ < 0と表される(反応熱は -Q である)。定圧過程であれば熱はエンタルピーHの変化と等しいので、∆H < 0となる。熱が移動しない(断熱過程)ようにすると、発熱反応により系の温度は上昇する。
title: 熱の仕事当量
text: ニコラ・レオナール・サディ・カルノーは、1824年以降に書かれたノート『数学、物理学その他についての覚書』にて、「単位量の動力を生ずるためには2.70単位の熱を消費しなければならない」と記述している。これは現在の数値に換算するとJ=3.63J/cal に相当する。この記述から、カルノーは熱の仕事当量を求めた初の人物といえる。しかしカルノー自身はこの内容を論文として発表しておらず、ノートが世に出たのは1872年のことであった。 なお、Jの算出方法についてはノートでは書かれていないが、後に述べるマイヤーと同じように、定圧比熱と定積比熱の比から求めたと推定されている。
title: 熱の仕事当量
text: ジュールは1844年、空気を水中で圧縮・膨張させ、そのときの水の温度変化から熱の仕事当量を求めた(論文としての発表は1845年)。特に、空気を膨張させたときは温度が下がるので、これは今までの、仕事→熱という変化ではなく、熱→仕事という過程ではじめて測定した値だった。ジュールはこの実験で、J=4.29[J/cal]の値を導いている。
title: ニコラ・レオナール・サディ・カルノー
text: トムソンによりカルノーの論文が注目され始めた1840年代後半、熱研究の分野では、旧来のカロリック説から脱却し、熱は運動の一形態だとする理論が組み立てられつつあった。その中心人物の一人であるジュールによる、熱の仕事当量の測定は、熱と仕事は同質のものであるという結論を導き出した。しかし、これはカルノーの「熱は高温と低温がなければ仕事としてははたらかない」という理論とは矛盾があった。カルノー自身も『覚書』で、熱が運動だという考えでは、「熱によって動力を発生させるときに冷たい物体が必要なのはなぜか、また、熱くなった物体の熱を消費しながら運動を生じさせることができないのはなぜか、を説明することは困難であろう。」と述べている。この問題を解決するために、ウィリアム・トムソンやルドルフ・クラウジウスによって生み出されたのが熱力学第二法則である。
title: クラウジウスの不等式
text: は、単位体積当たりの内部エントロピーの生成速度と絶対温度の積として定義される発散量(散逸)である。ゆえにクラウジウスの不等式は散逸不等式とも言われる。 実際の材料では、散逸は常にゼロよりも大きい。
title: ジェームズ・プレスコット・ジュール
text: ジュールはその後も熱の仕事当量の測定を行った。1844年には、気体を膨張、圧縮させることにより仕事当量を求めた。そして、この値は、仕事が熱に変わるときでも、逆に熱が仕事に変わるときでも等しいことを示した。この当時は、カルノーやクラペイロンの理論として、「熱が高温から低温へと移動するときに仕事が発生し、そのときに熱の消失はない」とする考えがあった。しかしジュールは、「この理論は、いかに巧妙であるにしても、公認された学問の原理に反するものであると私は思う」と否定し、熱自体が仕事に転化すると主張したのである。
title: エクセルギー
text: となり、前記の Q > 0 の場合の式 (1) と同じ形となる。冷熱の場合は、Q の値は負であり、カルノー効率 (1 - T0/T) も負であり、結果として得られる仕事量は正の値となる。
title: ユリウス・ロベルト・フォン・マイヤー
text: 1立方メートルの空気(0°C、圧力10334kg/立方メートル)の定積比熱は0.2172(kcal)、定圧比熱は0.3064(kcal)である。1°Cの温度上昇で体積が1/273増加する時になされる仕事は、比熱の差に等しい。 これにより、力学的仕事(10334×1/273=37.85kg・m)は、熱の量、比熱の差(0.3064-0.2172=0.0892)に等しくなる。 よって1kcalに対する仕事当量xは、比例式0.0892:1=37.85:x から、x=424.4kg・m(1kcalの当量値)である。
title: エネルギー保存の法則
text: マイヤーやジュールが熱の仕事当量に関する考察をした頃は、1798年のベンジャミン・トンプソン(ランフォード伯)による指摘などがあったものの、アントワーヌ・ラヴォアジエとピエール=シモン・ラプラスに始まるカロリック説が有力であり、熱は物質であると見なされ、熱は単独で保存されると考えられていた。そのため、熱が仕事に変わり得ることの発見とその事実の定量的評価をすることは、熱力学第一法則を構成する上で重要な仕事だった。
title: ルドルフ・クラウジウス
text: 1824年、カルノーは、熱量は保存され、熱が高温から低温へと移動するときに仕事が発生するという理論を組み立てた。この理論は1840年代後半、ウィリアム・トムソンによって世に広まった。一方、同じ頃に、熱そのものが仕事に変化し、また仕事も熱に変化するというジュールの測定結果が、おなじくトムソンなどによって世に認められるようになった。しかし、この2つの理論は互いに矛盾するように思われた。そのため、トムソンは初め、ジュールの測定結果のうち、「仕事が熱に変化する」という箇所については否定的な見解を示していた。
title: ウィリアム・トムソン
text: 1845年、ケンブリッジ大学を卒業したトムソンは、パリのルニョーのもとで実験技術を磨き、同時にクラペイロンの論文を通じてカルノーの研究を知った。トムソンはルニョーの実験結果とカルノーの研究結果を発展させ、1848年に、「温度が物体中のエネルギー総量を表す」という絶対温度の概念を導いた。この単位は後に彼にちなんでケルビン(K)と呼ばれるようになった。また熱素説が残っていた当時、ジュールが発表していた「熱はエネルギーの一形態である」という論文を高く評価し、1851年に「熱を全て仕事にすることはできない(トムソンの原理)」ならカルノーの理論とジュールの法則が矛盾しないということを示した。これは現在熱力学の第二法則と呼ばれている。
title: 熱伝達率
text: 熱伝達率 (ねつでんたつりつ、英: Heat transfer coefficient)または熱伝達係数とは、伝熱において、壁と空気、壁と水といった2種類の物資間での熱エネルギーの伝え易さを表す値で、単位面積、単位時間、単位温度差あたりの伝熱量(すなわち単位温度差あたりの熱流束密度)である。アイザック・ニュートンが1701年に発表したニュートンの冷却法則を根拠としている。単位はW/(m K)、記号にはh の他、αが使われることも多い。熱伝達率は流体の速度によっても大きく異なる。
title: 吸熱反応
text: 反応の進む方向は反応および環境条件の熱力学的性質により決まる。熱を Q と表記し、系外から系内へ熱が移動する場合を正とすれば、吸熱反応はQ > 0と表される(反応熱は -Q である)。定圧過程では熱はエンタルピーH の変化と等しいので、∆H > 0となる。熱が移動しない(断熱過程)ようにすれば、吸熱反応により系の温度は低下する。
title: 熱力学
text: さらにトムソンはカルノーの研究を知り、絶対温度の概念および熱力学第二法則に到達した。クラウジウスも独立に第一および第二法則に到達し、カルノーサイクルの数学的解析からエントロピーの概念の重要性を明らかにした。エントロピーの命名もクラウジウスによるものである。こうして1850年代には両法則が確立された。
title: 熱力学
text: 1999年にエリオット・リーブ(英語版)とヤコブ・イングヴァソン(英語版)は、「断熱的到達可能性」という概念を導入して熱力学を再構築した。 「状態 Y が状態 X から断熱操作で到達可能である」ことを X ≺ Y {\\displaystyle X\\prec Y} と表記し、この「 ≺ {\\displaystyle \\prec } 」の性質からエントロピーの存在と一意性を示した。 この公理的に基礎付けされた熱力学によって、クラウジウスの方法で用いられていた「熱い・冷たい」「熱」のような直感的で無定義な概念を基礎から排除した。温度は無定義な量ではなくエントロピーから導出される。 このリーブとイングヴァソンによる再構築以来、他にも熱力学を再構築する試みがいくつか行われている。
title: エンタルピー
text: 完全な熱力学関数としてのエンタルピーの変数はエントロピー S、圧力 p、物質量 N であるが、実用上はエントロピー S に変えて熱力学温度 T を変数として表されることが多い。閉鎖系で物質量の変化を考えない場合には、エンタルピー H(T,p) の温度による偏微分は
title: 熱力学第三法則
text: 熱力学第三法則(ねつりきがくだいさんほうそく、英語:third law of thermodynamics)とは、完全結晶のエントロピーは絶対零度ではすべて等しくなる、という定理。これはつまり、エントロピーの基準値を決めることができることを意味する。統計力学的に考えても、絶対零度では完全結晶の取りうる配置は1通りなので、エントロピーは0と考えて一致する。熱力学第三法則はネルンストの定理(熱定理)と同等といわれている。
title: エンタルピー
text: エンタルピー(英: enthalpy)とは、熱力学における示量性状態量のひとつである。熱含量(ねつがんりょう、英: heat content)とも。エンタルピーはエネルギーの次元をもち、物質の発熱・吸熱挙動にかかわる状態量である。等圧条件下にある系が発熱して外部に熱を出すとエンタルピーが下がり、吸熱して外部より熱を受け取るとエンタルピーが上がる。
title: ロバート・ボイル
text: 温度が一定の場合、気体の体積は圧力に反比例することを発見。この法則はボイルの法則と呼ばれる。のちにジャック・シャルルがこの法則を温度変化が生じた場合について一般化したボイル=シャルルの法則を発見した。
title: H定理
text: 統計力学において、H定理(エイチていり)とは、理想気体のエントロピーが不可逆過程では増大することを示す定理。すなわち熱力学第二法則を分子論的に説明するものである。1872年、ルートヴィッヒ・ボルツマンがボルツマン方程式の考察から導いた。
title: カロリック説
text: もう1つの考えは、カロリックには、温度の変化を引き起こすものと、引き起こさないものの2種類あるというものである。温度の変化を引き起こさないカロリックは、物体に束縛されている。これを潜熱と呼ぶ。物体が固体から液体に変わる時は、物体が受け取った熱の一部が潜熱となったと解釈できる。この説ははじめブラックによって考えられ、後にラヴォアジエ、ゲイ=リュサック、ラプラスによって進展した(同様に、これを「ラプラス流」と呼ぶ)。
title: ジェームズ・プレスコット・ジュール
text: なお、その際に、気体を単に膨張させただけでは気体の温度は変わらないことを確かめたが、これはカロリック説で信じられていた「膨張の潜熱」(気体は膨張するときに熱が潜在化されるので温度が下がるという考え)を否定するものであった。こうしてジュールは自らの理論を確かなものにしていった。
title: 反応熱
text: 化学反応はギブズエネルギーが減少する方向に自発的に進行する。ギブズエネルギー G とエンタルピー H は、温度を T、エントロピーを S とすると
title: エントロピー
text: という結果が得られる。これがエントロピー増大則である。熱力学第二法則と同値なクラウジウスの不等式からこれが求められたことにより、熱力学第一法則がエネルギー保存則と対応するのになぞらえて熱力学第二法則とエントロピー増大則を対応させることもある。なお、この導出から明らかなように、熱の出入りがある系ではエントロピーが減少することも当然起こり得る。
title: クラウジウスの定理
text: クラウジウスの定理は熱力学第二法則の数学的な説明となっている。この定理は熱力学的な系における熱流と系と外界のエントロピーとの関係を説明しようと試みていたルドルフ・クラウジウスによるものである。クラウジウスはこの定理をエントロピーとは何かを説明し、それを定量的に定義しようとする中でこの定理に到達した。より直接的には、この定理により循環過程が可逆かそうでないかを決定することができる。クラウジウスの定理は第二法則の定量的な定式化を与えている。
title: エネルギー
text: 熱力学において、ある条件の元で仕事として取り出すことのできるエネルギーとして自由エネルギーが定義される。自由エネルギーには、ヘルムホルツの自由エネルギーとギブズの自由エネルギーの 2 つがある。ヘルムホルツの自由エネルギーは等温操作によって熱力学系から得られる仕事の最大値として定義される。ギブズの自由エネルギーは等温等圧操作によって得られる仕事の最大値を与える。
title: ルシャトリエの原理
text: となる。この式をファントホッフの式という。反応温度による平衡の移動についてはファント・ホッフによってル・シャトリエよりも早く平衡移動の原理として考察されていた。この式によれば反応エンタルピーが正(吸熱反応)ならば、反応温度が上昇すると平衡定数は増加し、生成物への移行がより有利になる。逆に反応エンタルピーが負(発熱反応)ならば、反応温度が上昇すると平衡定数は減少し、原料への逆反応がより有利になる。
title: 熱伝導
text: を得る。これは熱伝導方程式(Heat equation)と言われ、拡散方程式の形をしている。λ/CV を熱拡散率(温度伝導率)と言う。
title: 熱抵抗
text: 熱抵抗(ねつていこう)(英: thermal resistance)とは、温度の伝えにくさを表す値で、単位時間当たりの発熱量あたりの温度上昇量を意味する。記号にはRth や θ がよく用いられ、単位は K/W である。おおよそ、熱伝達係数の逆数を面積で割ると熱抵抗になる。
title: ギブズ-ヘルムホルツの式
text: 温度 T、圧力 p の定温定圧条件下で起こる化学反応を考える。生成物のエンタルピー H(products; T, p) とギブズエネルギー G(products; T, p) の間にギブズ-ヘルムホルツの式が成り立つ。
title: 理想気体
text: 実在の気体は理想気体の性質を満たさないが、高温になると理想気体と似たふるまいを示す。この現象について、カロリック説では、高温の気体ではカロリックの持つ膨張力(斥力)が強くはたらき、分子間力が無視できるようになるためだと説明されていた。それに対し、ルドルフ・クラウジウスは、高温では分子間力に対してなされる仕事が、外圧に対してなされる仕事と比べて無視できるほど小さくなるためだと述べ、カロリックを使わずにこの現象を説明した。
title: カルノーの定理 (熱力学)
text: これが、カルノーの定理の最初の表現である。この論文はカロリック説(熱素説)を前提に書かれているため、熱素という表現を使用している。
title: 電気抵抗
text: 電気抵抗(でんきていこう、レジスタンス、英: electrical resistance)は、電流の流れにくさのことであり、単に抵抗ともいう。電気抵抗の国際単位系 (SI) における単位はオーム(記号:Ω)である。また、その逆数はコンダクタンス (conductance) と呼ばれ、電流の流れやすさを表す。コンダクタンスのSIにおける単位はジーメンス(記号:S)である。
title: マイヤーの関係式
text: 理想気体の温度、体積、圧力が、(T, V, p) から (T + ΔT, V + ΔV, p) に変化する過程を考える。無数の過程を考えることができるが、熱力学第一法則によれば、この気体が得た熱量 Q から気体がした仕事 W を引いたものは、どの過程でも同じになる。この節では以下の2つの過程を考え、この2つの過程で Q − W が等しくなることから、マイヤーの関係式を導く。
title: カロリック説
text: ゲイ=リュサックはこの結果から、アーヴィン流の熱理論の欠陥を指摘した。アーヴィン流では、気体が膨張する時は比熱が増加し、周囲からカロリックを取り込む。つまり気体の密度が下がると比熱は増加することになるので、真空だと比熱は最大になる。しかし実験では、初めの圧力が小さい、つまり容器内の密度が小さい場合は、温度変化は小さくなる。温度の変化が比熱に比例するならば、真空での比熱は最小、つまりゼロにならなければならない。
title: 太陽暦
text: 定量的には、情報処理過程において1ビット(=1シャノン)の情報を失うとき、環境での熱力学的エントロピーの上昇も最低でも1ビットとなる。通常の物理的単位で表すならこれは k ln 2 であり、よって環境に放出される熱は最低でも kT ln 2 となる(ただし、k はボルツマン定数、T は絶対温度)。この限界値は、ランダウアーの限界 (Landauer's limit) もしくはフォン・ノイマン=ランダウアーの限界と呼ばれる。
title: ギブズ-ヘルムホルツの式
text: 温度 T と体積 V を変数とするヘルムホルツエネルギー F(T, V) は、熱力学ポテンシャルのひとつであり、系の平衡状態における熱力学的性質の情報を全て持つ。エントロピー S と圧力 p は、dF = −SdT − pdV より
title: 理想気体
text: そしてクラウジウスは1850年の論文で、理想気体を取り上げて研究し、理想気体の状態方程式などから、熱力学第一法則(エネルギー保存の法則)を定式化した。さらにクラウジウスは同論文で、熱は低温の物体から高温の物体へとひとりでに流れることはないという、熱力学第二法則を初めて導き出した。
title: 熱力学
text: 19世紀後半になると、ヘルムホルツによって自由エネルギーが、またギブズによって化学ポテンシャルが導入され、化学平衡などを含む広い範囲の現象を熱力学で論じることが可能になった。
title: アボガドロの法則
text: 1843年にジョン・ジェームス・ウォーターストン(英語版)はエネルギー均分の定理を提案し、圧力と気体の分子の平均速度の関係式や、温度が分子の平均速度の2乗に比例することを導出している。 しかし、この論文は1891年にレイリーが発見するまで埋もれていた。 圧力と平均速度の関係は1853年にウィリアム・トムソンによって、エネルギーの均分の定理は1859年にジェームズ・クラーク・マクスウェルによってそれぞれ独立に提案されることになる。 クラウジウスは1857年から翌年にかけて気体分子をある形を持った粒子として扱い、回転運動などを考慮した比熱理論を発表した。 1859年にマクスウェルは気体分子の速度分布則やエネルギー均分の定理などを含む理論を提唱し状態方程式を導出した。 1865年にこの結果を元にヨハン・ロシュミットは1cmあたりの分子数であるロシュミット数を求めることに成功した。
title: ジュールの法則
text: P = V ⋅ I {\\displaystyle P=V\\cdot I} という関係はジュールの法則やオームの法則より一般的に適用することができる。これはこの関係式が電圧 V {\\displaystyle V} 電流 I {\\displaystyle I} の回路の瞬間的な電力を表しているからであり、回路が一定の電気抵抗を持つ回路であるかどうかによらない。ジュールの法則かオームの法則を組み合わせることにより、他方を導くことができる。
title: ジュールの法則
text: ジュールの第二法則は熱力学の法則であり、理想気体の内部エネルギーはその圧力や体積には依存せず、温度にのみ依存するという法則である。即ち
title: 熱力学第二法則
text: 熱力学では伝統的にはクラウジウスの不等式を用いてエントロピーを定義し、それが増大することが証明されるが、エントロピーを他の方法を用いて定義し、かつエントロピー増大則を原理として認めれば、他の諸原理を示すことができる。
title: 機械的コンプライアンス
text: 電気機械音響類似では静電容量にあたる。同様にインピーダンスにあたる量に機械的インピーダンスがあり、インピーダンスの公式と同様の 1 / i ω CM(i: 虚数単位、ω: 角速度、CM: 機械的コンプライアンス)で表される。
title: 特性インピーダンス
text: 電磁波の特性インピーダンス(英: Wave impedance)は、真空を含む誘電体(通常は大気等)における電磁波の伝播に関する概念である。電気回路における電圧と電流の比という電気インピーダンスの定義を電磁波に準用すれば、特性インピーダンスは電場 E と磁場 H の比となり、誘電体の誘電率と透磁率を ε、μ とすれば、特性インピーダンス Z は次式で示される(この関係式はマクスウェルの方程式から導出される)。前提条件により負号が付くことがある。
title: イミタンス
text: 交流電気回路では電圧と電流の比、及びその逆数を表す複素数のことを指す。音響工学でも音圧とフォノン速度 (音速ではない) の比、及びその逆数をイミタンスという。
title: ジュールの法則
text: ジュールの第一法則では電気抵抗のある導体による熱の散逸の率は、電流の二乗と電気抵抗に比例する。ただし、抵抗中での電力の散逸は電流と抵抗の項で表すことができ
title: プラントル・グロワートの特異点
text: 物体が気体中を高速移動すると、進行方向では圧縮により圧力と温度が上昇する。速度が音速に近づくと断熱圧縮に近づき高温となるが、音速に達すると急に低下する。これは、圧力係数(圧力を無次元化したもの)の理論式が特異点を持つ、つまり特定の値で無限大に発散してしまうことで表される(実際には圧力係数は有限の値を取る)。
title: 電流
text: 多くの物質では、電流があまり急激に変化しない場合にオームの法則: 電圧=電流×電気抵抗 (V = IR) が成り立つ。つまり、電流はそれが流れる媒体の両端の電位差に比例する。このとき、電流の単位がアンペアなら、電圧の単位はボルト、電気抵抗の単位はオームとなる。 純粋な抵抗負荷を使用し、電圧・電流を実効値で表した場合には、この式は交流でも成立する。
title: 磁気回路
text: ホプキンソンの法則は、電力とエネルギーの流れをモデル化するという点でオームの法則の正しい類推ではない。特に、電気抵抗に損失があるのと同じように、リラクタンスに関連する損失があるわけではい。この点で電気抵抗の真の類似である磁気抵抗は、起磁力と磁束の変化率の比として定義される。ここでは磁束の変化率は電流に代わっており、オームの法則は次のようになる。
title: ヴァルター・ネルンスト
text: なお、現在では熱力学第三法則は、絶対零度においてエントロピーはゼロになるという表現がなされているが、この表現はマックス・プランクによるもので、ネルンスト自身は「エントロピー」という言葉は使っていない。そのプランクは、ネルンストの仮定について、überraschend(驚くべき、意外な、斬新な)という表現を使っている。ネルンスト自身はこの定理について、「熱力学第一法則は3人(マイヤー、ジュール、ヘルムホルツ)、第二法則は2人(カルノー、クラウジウス)、第三法則は1人(ネルンスト)によって発見された。第四法則を発見する人は0人になってしまうから、熱力学はこれで完成された」と語っている。
title: クラウジウス・クラペイロンの式
text: 物質が熱力学温度 T で気液平衡の状態にあるとき、蒸気圧を pvap とし、蒸発に伴う体積変化を ΔvapV、蒸発エンタルピー(蒸発熱)を ΔvapH とすると
title: 力 (物理学)
text: 熱力学が形成される19世紀前半までは、現在のエネルギーに相当する概念が力(羅: vis, 英: force, 独: Kraft)と呼ばれていた。 たとえば、ルドルフ・クラウジウスは1850年の論文 ,,Über die bewegende Kraft der Wärme \"で熱力学第一法則について述べているが、Kraft という語を用いているし、その英訳でも Force が用いられている。
title: 小栗一也
text: ドルトンの法則(ドルトンのほうそく、英語: Dalton's law)、あるいは分圧の法則とは、理想気体の混合物の圧力が各成分の分圧の和に等しいことを主張する法則である。 1801年にジョン・ドルトンにより発見された。
title: ボイルの法則
text: ボイルの法則(英: Boyle's law)とは、一定の温度の下での気体の体積が圧力に反比例することを主張する法則である。1662年にロバート・ボイルにより示された。この法則は、充分に圧力が低い領域において成り立つ近似法則である。
title: 西村知美の今夜もパジャマ気分
text: 熱力学第零法則(ねつりきがくだいれいほうそく、英語: zeroth law of thermodynamics)とは、「物体AとB、BとCがそれぞれ熱平衡ならば、AとCも熱平衡にある」という原則のことであり、熱力学における重要な法則の一つである。熱平衡にある物体では、あらゆる場所において温度が一定であることを主張する。ここで、熱平衡とは、2つの系が、熱をやり取りできる状態で接しているが、状態変化が起きない状況を指す。
title: マクスウェルの関係式
text: マクスウェルの関係式(マクスウェルのかんけいしき、英: Maxwell relations)とは、熱力学における温度、圧力、エントロピー、体積という4つの状態量の間に成り立つ関係式。ジェームズ・クラーク・マクスウェルによって導出された。これらの関係式によって、測定が困難なエントロピーの変化量を、圧力、温度、体積の変化という、測定がより簡単な量で置き換えることができる 。
title: キルヒホッフの法則 (反応熱)
text: 液体の蒸発と沸騰は吸熱変化であるから、純物質の標準蒸発エンタルピー ΔvapH° は正の値をとる。液体の熱容量は、通常は同じ温度の蒸気の熱容量より大きいので、ΔvapH° の温度係数は負の値となる。
title: ジュールの法則
text: この法則はオームの法則に従う回路(電流が電圧に比例する)であれば適用することができる。オームの法則によれば、抵抗 R {\\displaystyle R} の回路を流れる電圧 V {\\displaystyle V} は
title: 熱的死
text: 宇宙が熱的死に陥るとする考えは、「孤立系のエントロピーは増大する」という熱力学第二法則から導かれる。宇宙で無限の時間が経過すると、全てのエネルギーが均等に分布する状態に漸近的に到達すると考えられる。熱的死という考えを1854年に最初に提唱したのはヘルムホルツであり、これはクラウジウスがエントロピーという物理量に基づいて熱力学第二法則を最終的に定式化する(1865年)11年前のことであった。
title: 疎水効果
text: 室温付近の温度で、非極性分子の凝集に伴う自由エネルギー変化 ( Δ G {\\displaystyle \\Delta G} ) は負である。自由エネルギー変化は熱力学関係式 G = H − T S {\\displaystyle G=H-TS} から、エンタルピー効果とエントロピー効果の和で表されるが、室温近傍で、エンタルピー変化 ( Δ H {\\displaystyle \\Delta H} ) はほぼ零、エントロピー変化 ( Δ S {\\displaystyle \\Delta S} ) は正であり、疎水効果はエントロピー駆動であるといわれる。また、温度が変化すると、エントロピーとエンタルピーはそれぞれ大きく変化するが、それらのほとんどは相殺して自由エネルギーの温度変化は小さい。
title: 自由エネルギー
text: 自由エネルギーは1882年にヘルマン・フォン・ヘルムホルツが提唱した熱力学上の概念で、呼称は彼の命名による。一方、等温等圧過程の自由エネルギーと化学ポテンシャルとの研究はウィラード・ギブズにより理論展開された。 等温等積過程の自由エネルギーはヘルムホルツの自由エネルギー(Helmholtz free energy)と呼ばれ、等温等圧過程の自由エネルギーはギブズの自由エネルギー(Gibbs free energy)と呼びわけられる。ヘルムホルツ自由エネルギーは F で表記され、ギブズ自由エネルギーは G で表記されることが多い。両者の間には G = F + pV の関係にあり、体積変化が系外に為す仕事 pV の分だけ異なる。
title: 標準モルエントロピー
text: 以上のことから純物質の気体の標準圧力におけるモルエントロピー Sm(T, P°) は、沸点 Tboil または昇華点 Tsub における液体または固体の標準モルエントロピー S°m(liquid; Tboil) または S°m(solid; Tsub) と、蒸発熱または昇華熱と、沸点または昇華点から温度 T に至るまでの定圧モル熱容量 CP,m から算出できることが分かる。標準圧力におけるモルエントロピー Sm(T, P°) に気体の不完全性の補正をすることで、気体の標準モルエントロピー S°m(T) が求まる。
title: ジュールの法則
text: ジュールの法則(ジュールのほうそく、英: Joule's laws)は電流によって生み出される熱についての法則。または理想気体の圧力、体積、温度についてのエネルギー依存の法則である。
title: 熱力学第三法則
text: なお、熱力学第三法則は熱力学第一法則と熱力学第二法則から導くことができるので物理学の基本法則ではない、とする考えもある。しかし、第一法則と第二法則から導かれることは、反応の進行方向を規定するものは自由エネルギーである、という定性的な予測でしかなく、これを定量的に厳密に決定することは、ネルンストの熱定理によって初めて可能になる。その点で、熱力学は第一法則と第二法則だけでは成立せず、第三法則を加えることによって初めて完成することになる。
title: インピーダンス
text: インピーダンス(英: impedance)は、主に電気回路において、電圧と電流の比を表す複素数である。直流回路におけるオームの法則の電気抵抗(レジスタンス)の概念を複素数に拡張し、交流回路に適用したものであり、単位としてはオーム(表記はΩ)が用いられる。インピーダンスの虚数部は、リアクタンスといい、入力に対する出力の位相の変化を表す。
title: 理想溶液
text: 熱力学ポテンシャルのうちで、温度 T と体積 V を自然な変数とするのは、ヘルムホルツエネルギー F(T, V, N) である。そこで、素朴な定義を含むように、ヘルムホルツエネルギーを用いて理想混合気体を次式で定義する。