熱力学において、気体が「する仕事」や「される仕事」によって符号が変わることに混乱することはよくあります。特に、問題文の表現によって符号の取り方を誤ることがあります。この記事では、熱力学第一法則における仕事の符号を正しく決定するための方法を解説します。
熱力学第一法則の基本
熱力学第一法則はエネルギー保存の法則であり、エネルギーは創造されることなく変換されるとされています。一般的に、システムが「する仕事」はエネルギーがシステムから外部に移動することを意味し、システムが「される仕事」はエネルギーが外部からシステムに移動することを意味します。
この法則における仕事の符号は、システムのエネルギーの変化と関連しており、通常、エネルギーの移動がどちらの方向に起こるかを示すために符号を設定します。
符号を決定するための基本ルール
符号の決定には以下の基本的なルールがあります。
- 気体が「する仕事」：気体がピストンを押す場合、システム（気体）が外部にエネルギーを放出するため、この場合は仕事は負（-）になります。
- 気体が「される仕事」：外部の力が気体を圧縮する場合、エネルギーはシステムに加わるため、この場合は仕事は正（+）になります。
これらのルールを覚えておくことで、問題文の表現に惑わされずに符号を正しく決定できます。
例：気体がピストンからされた仕事
質問で出てきた「気体がピストンからされた仕事」という表現についてですが、この場合は外部からの力（ピストン）が気体に仕事をする、つまり「される仕事」になります。そのため、この場合は正（+）の符号を使います。
一方、気体がピストンを押す場合は、「気体がする仕事」となり、この場合は負（-）の符号を使います。符号の決定は、エネルギーの移動方向に基づいて行うのがポイントです。
まとめ
熱力学第一法則における仕事の符号は、気体がエネルギーを「する」か「される」かに依存します。問題文に惑わされず、システムのエネルギーの移動方向を考えながら符号を決定することが重要です。この基本的なルールを覚えておくことで、熱力学の問題をより正確に解くことができます。
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