断熱過程と等方性過程の重要な違いは、断熱過程が可逆的か不可逆的かであるのに対し、等方性過程は可逆的であることである。

化学では、宇宙を2つに分けて考えます。私たちが関心を持つ部分はシステムであり、それ以外は周囲の環境です。システムとは、生物であったり、反応容器であったり、あるいは細胞であったりする。システムは、システム間で行われる相互作用や交換の種類によって区別することができます。物質やエネルギーがシステムの境界を越えて交換されることもある。交換されるエネルギーは、光、熱、音エネルギー、その他いくつかの形態があります。温度差によってシステムのエネルギーが変化することを、熱流の存在と呼ぶ。しかし、温度は変化するが熱の流れがないプロセスもあり、これは断熱プロセスと呼ばれる。等方性プロセスとは、断熱プロセスである。

カタログ

1. 概要と主な相違点 2. 断熱プロセスとは 3. 等方性プロセスとは 4. 横並び比較 - 表形式での断熱プロセスと等方性プロセス 5. まとめ

だんねつかていは何ですか？

断熱的変化とは、熱の出入りがない変化のことである。熱の移動を止めるには、大きく分けて2つの方法があります。あるいは、熱的なバウンダリーで入ることができない。例えば、デュワーフラスコの中で行われる反応は断熱的である。もうひとつ、断熱プロセスが起こるのは、熱の出し入れをする時間がないほど速くプロセスが起こる場合である。

熱力学では、断熱的な変化を表すのにdQ=0を用います。このような場合、圧力と温度には関係がある。このように、断熱条件下では、圧力によって系が変化する。これが、雲の形成や大規模な対流で起こることなのです。高地では、気圧が低い。空気が熱くなると、上昇する。外気圧が低いため、上昇した空気パックが膨張しようとするのです。膨張すると、空気の分子が働くので、温度に影響が出る。そのため、温度が上がると下がってしまうのです。

図01：図中の断熱プロセス

熱力学によれば、内包物のエネルギーは一定だが、膨張の仕事をしたり、温度を維持するために変換されることがある。外界との熱交換がない。空気圧縮（ピストンなど）でも同じ現象が起こります。この場合、エアパッケージが圧縮されることで温度が上昇する。このような過程を断熱加熱・冷却という。

等方性プロセスは何ですか？

自然発生的なプロセスは、宇宙のエントロピーを増大させる。このとき、系のエントロピーと周囲のエントロピーのどちらかが増加する可能性がある。系のエントロピーが一定であるとき、等エントロピーのプロセスが発生する。

図02：等方性プロセス

また、等エントロピーのプロセスにおける定数パラメータは、エントロピー、平衡、熱エネルギーである。

だんねつてきと等方性プロセスの違い

断熱プロセスとは、熱の移動が起こらないプロセスであり、等方性プロセスとは、断熱的で可逆的な熱力学的プロセスを理想化したものである。したがって、断熱的過程と等方的過程の重要な違いは、断熱的過程が可逆的か不可逆的かであるのに対し、等方的過程は可逆的であることである。さらに、断熱的過程は系とその周囲との間で熱の移動がない状態で起こるのに対し、等方的過程は不可逆的で熱の移動がない状態で起こる。

概要 - だんねつてき vs. 等方性プロセス

断熱プロセスとは、熱の移動が起こらないプロセスである。等方性プロセスとは、理想的な熱力学的プロセスで、断熱的で可逆的なプロセスです。したがって、断熱的過程と等方的過程の重要な違いは、断熱的過程が可逆的か不可逆的かであるのに対し、等方的過程は可逆的であることである。

引用

1 「熱力学の法則I」、『熱力学・統計力学入門』、2005年、14-31頁。, doi:10.1002/047168175x.ch3.