等積変化、等圧変化、等温変化、断熱変化における内部エネルギー、温度、圧力、体積の変化について

物理学

2025.11.04

熱力学の変化過程には、等積変化、等圧変化、等温変化、断熱変化などがあり、それぞれにおいて内部エネルギー、温度、圧力、体積がどのように変化するかを理解することが重要です。この記事では、それぞれの変化過程における物理量の変化をわかりやすく解説します。

1. 等積変化

等積変化とは、体積が一定のままで行われる熱力学的変化のことです。この場合、体積は変わらないため、仕事は行われません。温度が上昇すると内部エネルギーは増加し、圧力も増加します。したがって、等積変化では内部エネルギーが増加し、温度も上昇、圧力も増加します。

等圧変化とは、圧力が一定のままで行われる熱力学的変化です。この場合、体積が変化します。温度が上昇すると、体積は増加し、内部エネルギーも増加します。圧力は一定なので、圧力に変化はありません。つまり、等圧変化では体積と内部エネルギーが増加し、温度も上昇しますが、圧力は変わりません。

等温変化は、温度が一定に保たれたままで行われる変化です。温度が一定なので、内部エネルギーに変化はありません。しかし、体積が変化すると、圧力も変化します。したがって、等温変化では内部エネルギーは変わらず、体積と圧力が逆比例の関係になります。

断熱変化とは、熱の出入りがない状態で行われる変化です。この場合、外部との熱のやり取りがないため、温度が上昇または下降します。圧力と体積は互いに関連し、温度の変化に応じて内部エネルギーも増減します。断熱変化では、温度、圧力、体積が変化し、内部エネルギーもそれに伴って増減します。

それぞれの変化過程における物理量の変化は以下のようになります。

これらの熱力学的変化過程は、それぞれ異なる条件下で実現されるため、理解しておくことが重要です。