クエリ: 「熱力学の第一法則」とも呼ばれる、物理学において、エネルギーの総量は変化しないという法則を何という?
文章: エネルギー保存の法則 エネルギー保存の法則(エネルギーほぞんのほうそく、英: law of the conservation of energy)とは、「孤立系のエネルギーの総量は変化しない」という物理学における保存則の一つである。エネルギー保存則とも呼ばれる。
文章: レイリー・ジーンズの法則 レイリー・ジーンズの法則は、黒体輻射におけるエネルギー密度の理論式の1つである。レイリー・ジーンズの公式とも呼ばれ、イギリスの物理学者であるレイリー卿とジェームズ・ジーンズに因む。レイリー・ジーンズの公式は黒体から熱放射される電磁波、すなわち輻射場のある温度におけるエネルギー密度のスペクトル分布を与える。輻射場を一次元調和振動子の集まりとして扱い、古典統計力学を適用することで導かれる。この公式が適用できるのは長波長(低振動数)の限られたスペクトル領域のみであり、不完全な理論式である。全スペクトル領域で成り立つ完全な理論式は、量子論に基づくプランクの公式によって与えられる。しかしながら、レイリー・ジーンズの公式は古典物理学の限界を浮き彫りにし、輻射の理論や現代物理学の発展に重要な役割を果たした。 文章: ガウスの法則 ガウスの法則(ガウスのほうそく、英: Gauss' law)とは、カール・フリードリヒ・ガウスが1835年に発見し、1867年に発表した電荷と電場の関係をあらわす方程式である。この式はジェームズ・クラーク・マクスウェルにより数学的に整備され、マクスウェルの方程式の1つとなった。電気におけるアンペールの法則とみなすこともできる。ここでの単位のガウスは、磁束密度の単位であり、電場を扱うこの法則とは全く関係がない。 文章: 弾力性 弾力性が1よりも大きいとき、弾力がある(elastic)といい、1よりも小さいとき、弾力がない(inelastic)という。また、弾力性が1のとき、単位弾力的(unit elasticity)といい、0のとき、完全非弾力的(perfectly inelastic)という。逆に、弾力性が無限大の時、完全弾力的(perfect elastic)という。 文章: ジェームズ・プレスコット・ジュール ジュールは、ユリウス・ロベルト・フォン・マイヤー、ヘルムホルツと共に、エネルギー保存則(熱力学第一法則)の発見者とみなされている。特に、熱の仕事当量を実験的に算出した功績は大きく、ジュールの業績の筆頭としてあげられる。他にも、1840年代はジュールの法則の発見や、磁性体を磁化することにより、わずかな変形が生じるという磁歪の発見などの業績をあげている。1850年代以降は、熱力学の中心人物はトムソンらに移ってきて、ジュールは以前の熱の仕事当量ような大きな業績はあげられなかったが、それでも、ジュール=トムソン効果や、グー=ジュール効果の実験などの成果を出している。ジュールは正規の教育を受けず、大学教授などの職にもつくことがなく、生涯をひとりの実験家として生き、科学史に残る多くの実験を行った。それを可能にしたのは、ひとつにはジュール家の豊かな財産であった。 文章: 熱力学的状態方程式 ある熱力学系に微小熱量 d′Q を準静的に加えて、系の内部エネルギー、体積、温度がそれぞれ dU、dV、dT だけ変化したとする。このとき、体積変化に伴う仕事以外の仕事を系がしなかったなら、熱力学第一法則より d ′ Q = d U + P d V {\displaystyle \mathrm {d} 'Q=\mathrm {d} U+P\mathrm {d} V} が成り立つ。内部エネルギーを T と V の関数と考えれば、dU は 文章: エクセルギー 物質の出入りを伴う開いた系では、熱力学第一法則(エネルギー保存則)により、出入りするエンタルピー、熱、仕事(工業仕事)の間に保存則が成り立つ。したがって、ある機器に流入するエネルギーと流出するエネルギーをリストアップし、両者の差を求めれば、それは、放熱や漏洩などにより(機器外へ逃げて)失われたエネルギーとなる。このような作業は通常、熱管理、熱勘定、熱収支、等とよばれている。ある機器のエネルギー(エンタルピー)の流れは右図のようになる。 一方、エクセルギーは、機器内で非可逆変化が生じれば、グイ=ストドラの定理にしたがって必ず減少する。出入りする物質、熱、仕事のエクセルギー差を求めれば、それがこの機器におけるエクセルギーの損失 LW である。 ある機器のエクセルギーの流れは右図のようになる。エクセルギー評価は熱力学第二法則に基づく評価ということもできる。 文章: 特殊相対性理論 なので、下記の式が従う:右辺は単位時間当たりに電磁場のローレンツ力が質点に対してした仕事なので、この式はローレンツ力による仕事がエネルギーに変わる事を意味している。すなわちこれは、エネルギー保存則にあたる式である。 文章: 運動量保存則 よって、質点に外力が働かない F = 0 {\displaystyle {\boldsymbol {F}}={\boldsymbol {0}}} では質点の運動量 p {\displaystyle {\boldsymbol {p}}} は不変である(保存する)。 また、上式について時刻 t = t 0 {\displaystyle t=t_{0}} から t = t 1 {\displaystyle t=t_{1}} までの積分はとなり、この運動量の変化を表すベクトル I {\displaystyle {\boldsymbol {I}}} は力積 と呼ばれる。 文章: 運動量 が成り立つ。 つまり、この系では系の全運動量は時間的に変化しない。これは運動量保存の法則 (law of conservation of momentum) と呼ばれる。運動量保存の法則は、ニュートン力学においては作用反作用の法則から導かれるが、運動量保存則自体は作用反作用の法則より一般的に成り立つ法則である。たとえば、電磁気学などの場の理論では近接作用論の立場をとり、遠隔作用論的な法則である作用反作用の法則をその基礎には置かない。しかしながら、電磁気学においても運動量保存の法則は成り立ち、それに伴い運動量の定義も拡張される。 文章: 熱化学 熱化学(ねつかがく、英語:thermochemistry)または化学熱力学(かがくねつりきがく)は、物理化学の一分野で、化学反応におけるエネルギー変化を主に熱の観点から追究する学問である。化学反応はエネルギーの放出や吸収を伴い、融解や沸騰といった相転移も同様のことがおこる。熱化学はこれらのエネルギー変化、特に系と外界とのエネルギーのやり取りに焦点を当てる。熱化学は与えられた一連の反応を通した反応物と生成物の量を予測するのに有用である。エントロピー決定と組み合わせることで、反応が自発的であるか非自発的であるか、すなわち有利か不利かを予想することもできる。 吸熱反応は熱を吸収し、発熱反応は熱を放出する。熱化学は熱力学の概念と化学結合の結合エネルギーの概念を組み合わせたものである。一般に、熱化学の主題は熱容量、燃焼熱、生成熱、エンタルピー、エントロピー、自由エネルギー、カロリーと言った量の計算を含む。 熱化学の分野を作り上げた人物の一人として、ヘスの法則などで知られるジェルマン・アンリ・ヘスが挙げられる。 文章: エネルギー収支 この場合、単に次式に示すようなエネルギー収支を考えれば十分となる。 文章: カロリック説 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。こうして基礎が形作られたカロリック説はその後、ゲイ=リュサックやジョン・ドルトンによる気体の熱的研究によって進められてゆくのだが、はじめは熱容量などの扱いをめぐって2派に分かれていた。1つは、物質に含まれるカロリックの量は、その物質の熱容量に比例するという考えである。 文章: 電荷保存則 電荷保存則(でんかほぞんそく、英: Charge conservation)とは、孤立系における電荷(電気量)の総量は恒久に変わらないという法則である。電気量保存則ともいう。 文章: 時間結晶 時間結晶は熱力学の法則には逆らわない。全体の系のエネルギーが保存されているのでそのような結晶は自発的に熱エネルギーを機械的な仕事に変換することはなく仕事の永久保存としては役に立たない。しかし、系が維持されている限り時間の固定されたパターンで永久に変化することがある。それらは「エネルギーなしの動き」を持っている(それらの見かけの動きは従来の運動エネルギーを表していない)。 熱平衡において時間結晶は存在しないことが証明されている。近年、非平衡量子揺らぎの研究が増えている。 文章: 真空解 (一般相対性理論) 真空領域においては T a b = 0 {\displaystyle T^{ab}=0} であるから、一般相対性理論によれば真空領域は全くエネルギーを持たないかに見える。しかし、重力場は仕事をすることができ、 したがって重力場はそれ自体のエネルギーを持つものと考えなければならない。しかし、この重力場エネルギーが正確にどこに存在するのかを決めることは、重力相互作用と「その他の相互作用」を分離するという性質そのものからして、一般相対性理論上技術的に難しい問題である。重力場そのものがエネルギーを持つという事実から、アインシュタイン方程式の非線形性を理解することができる。重力場の持つエネルギーそのものが、より多くの重力場を生み出そうとするのである。このことは一般相対性理論によれば太陽の外部の重力場がニュートン重力の予言する値よりも大きくなるという帰結をもたらす。