ぶっしつてんぼうのほうそくとエネルギーの違い

物質保存の法則とエネルギー保存の法則は、孤立した閉鎖熱力学系の特性を説明するために化学で用いられる2つの法則である。この法則は、物質やエネルギーは創ることも壊すこともできないが、別の形に変えたり、並べ替えたりすることはできるとするものである。物質保存の法則とエネルギー保存の法則の決定的な違いは、物質保存の法則が「逃がさない閉鎖系の物質やエネルギーの総質量は一定であるべき」とするのに対し、エネルギー保存の法則は「エネルギーは生成も破壊もできないが、ある形から別の形に変化させることができる」とする点である。

カタログ

1. 概要と主な相違点 2. 物質保存則とは 3. エネルギー保存則とは 4. 物質保存則とエネルギー保存則の関係 5. 横並び比較 - 表形式で表した物質保存則とエネルギー保存則 6. まとめ

物質の○○保存の法則は何ですか？

物質保存の法則とは、物質やエネルギーを逃がさない閉じた系内の全質量が一定であることを記述する原理である。したがって、システム内の質量は保存される。エネルギーや物質がその境界を通らない系を熱力学的に孤立した系という。

図1：孤立熱力学系、閉鎖熱力学系、開放熱力学系の比較

また、この法則は、質量は生成も破壊もできず、ある形から別の形に並べ替えたり変化させたりすることしかできないことを示している。このような転位や変化は、化学反応によって起こります。したがって、反応物の総質量は、閉じた熱力学系で起こる化学反応の生成物の総質量と等しくなる。この閉鎖系で起こる化学反応は、次のようなことが考えられます。

1. 核反応
2. 放射性崩壊
3. その他の化学反応

エネルギーの○○保存の法則は何ですか？

エネルギー保存の法則とは、「エネルギーは創ることも壊すこともできないが、ある形から別の形に変えることはできる」という物理法則である。つまり、この法則は、閉じた孤立した系の総エネルギーは一定であることを述べているのである。したがって、この系ではエネルギーが保存される。

図2：太陽光はさまざまなエネルギーに変換できるが、破壊することはできない

例えば、あるシステムの位置エネルギーは運動エネルギーに変換することはできても、破壊することはできない。この概念は、閉じた熱力学系に対する熱力学第一法則で与えることができる。次のような式があげられる。

δQ=dU+δW

ここで、δQは系に加えられたエネルギー、δWは系が行う熱力学的な仕事により系から失われた仕事、dUは系の内部エネルギーの変化である。これは、エネルギーが創造されたり破壊されたりするのではなく、さまざまな形に変換されることを説明するものです。

物象観測の法則とエネルギーの関係は何ですか？

質量がエネルギーに変換されたり、逆にエネルギーが質量に変換されたりすることがあると考えられています。これが質量とエネルギーが保存される現実的な方法である。これは、アンリ・ポアンカレとアルベルト・アインシュタインが最初に提唱した概念で、「特殊相対性理論」と呼ばれている。質量とエネルギーの関係は以下の通りです。

E=mc2

Eはエネルギー、mは質量、cは光速である。しかし、古典力学では、この2つの法則は独立した法則として扱われる。

ぶっしつてんぼうのほうそくとエネルギーの違い

概要 - 物質保存の法則 vs. エネルギー

古典力学では、物質保存の法則とエネルギー保存の法則は別の法則と考えられていた。しかし、この2つの法律には強い結びつきがあることが、後に判明したのです。物質保存の法則とは、物質やエネルギーが外に出ない閉じた系では、総質量は一定であるべきというもので、エネルギー保存の法則とは、エネルギーは作ることも壊すこともできないが、ある形から別の形に変化することはできるというものである。これが、物質保存の法則とエネルギー保存の法則の決定的な違いである。

引用

1 ハーマン・スティーン、アン・マリー"Law of Conservation of Energy Defined," ThoughtCo, November 13, 2017, available here."物質保存の法則-質量保存"、原子力、こちらでご覧いただけます。"質量保存", Wikipedia, Wikimedia Foundation, 19 February 2018, available here.2 "物質保存の法則-質量保存", 核エネルギー, iii.質量保存の法則-質量保存の法則-質量保存の法則-, 核エネルギー, iii."質量保存", ウィキペディア, ウィキメディア財団, 2018年2月19日.