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: 運動量保存則 運動量保存則(うんどうりょうほぞんそく、英: law of momentum conservation)とは、ある系に外力が働かない限り(閉鎖系)、その系の運動量の総和(全運動量)は不変であるという物理法則(保存則)である。運動量保存の法則ともいう。最初、デカルトが『哲学原理』の中で質量と速さの積の総和を神から与えられた不変量として記述したが、ベクトルを用いて現在の形の運動量とその保存則を導いたのはホイヘンスである。 外力が働かない問題の例としては、物体の衝突問題がある。二体の衝突問題は、エネルギー保存の法則と運動量保存則を考えることで解くことができる。完全弾性衝突のときのみ物体の運動エネルギーは保存される。一方、完全弾性衝突に限らず外力が働かない限り、運動量は保存される。
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: 渦位 一般的に、渦位は次の式により表される。P V = 1 ρ ζ . ∇ θ {\displaystyle {\rm {PV}}={\frac {1}{\rho }}\,\zeta \,.\nabla \theta }ρ {\displaystyle \rho } は流体の密度、 ζ {\displaystyle \zeta } は絶対渦度、 ∇ θ {\displaystyle \nabla \theta } は温位勾配である。熱力学の第一法則と運動量保存の法則から、この式の渦位(PV)を変化させうる要素は、非断熱過程に伴い出入りする潜熱や摩擦によるエネルギーに限られることが分かる。この保存は、慣性と同じものである。フィギュアスケートの例を挙げると分かりやすい。スピンをしている人が腕を広げると遅くなり、腕を曲げて縮まると速くなるが、回転している空気塊にも同様のことが起きる。 文章: ジュールの法則 ジュールの法則(ジュールのほうそく、英: Joule's laws)は、電流によって生み出される熱についての法則。または理想気体の圧力、体積、温度についてのエネルギー依存の法則である。ジュールの第一法則は導体を流れる電流と、電流によって生み出される熱の関係を示した物理法則である。ジュール効果ともよばれる。1840年代に電流と発熱の関係を研究したジェームズ・プレスコット・ジュールから名づけられた。公式はQ = I 2 R t {\displaystyle Q=I^{2}\cdot R\cdot t}である。ここで Q {\displaystyle Q} は生み出される熱量、 I {\displaystyle I} は抵抗を流れる一定の電流、 R {\displaystyle R} は電気抵抗、 t {\displaystyle t} は電流が流れる時間である。 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: 標準反応エンタルピー このとき、熱力学第一法則により、次の式が成り立つ。 すなわち、定積過程における反応エネルギーは、反応系の内部エネルギー変化 (Δ E) と等しい。 したがって、化学反応により生じる熱的変化は、反応物の総内部エネルギーと生成物の総内部エネルギーとの差にのみ由来する。 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。 文章: デイヴィッド・チャーマーズ この問題に対する彼の解答として、物理状態に対して現象的な意識体験が、論理的にではなく自然法則的に付随する状態があるのだろう、とする。つまり私達のまだ知らない自然法則がこの宇宙に何かあるのだろうとする。そうして、次節以降のラディカルな主張へと進む。 サンデータイムズ誌では「今年の最もすぐれていた科学書のひとつ」として"The Conscious Mind"(1995)を挙げている。 "The Conscious Mind"は物理学者の林一によって日本語に翻訳されている。(「意識する心」(2001))この本のなかでチャーマーズは、意識に関する全ての物事を"現在の物理学"の範囲内の現象として説明してしまおうとする還元主義的な方法は、うまくいかない、と力説している。これは別に生気論や神秘主義といった系統の主張ではなく、現代の物理学は拡張されるべきだと主張しているのである。 つまり、マクスウェルがニュートン力学へ電荷と一揃いの方程式を加えて当時の物理学を拡張することで電気現象の説明に成功したように、内面的な心的体験(クオリアと呼ばれる)を、ひとつの実体(entity)として導入し、その振る舞いを記述する新しい法則を見つけることで意識の問題を解決すべきだとする。つまり意識体験を、質量やエネルギー、電荷、スピンなどと並ぶ、他の何かには還元されない、この世界の基礎的な性質(根本特性、Fundamental property)のひとつとして扱っていくべきだとする。そしてこの内面的な心的体験(クオリア)の振る舞いを記述する、探索すべき未知の自然法則のことを、チャーマーズは精神物理法則(Psychophysical law)と呼ぶ。 文章: 海洋温度差発電 そのほかすべての寄生的に必要なエネルギーをWAで表すと、OTEC プラントから得られる仕事の総量WNP は次のようになる。 作動流体によって行われる熱力学的サイクルは寄生的に必要なエネルギーについて詳細に検討せずに解析することが可能である。熱力学第一法則より、系の作動流体に対するエネルギー均衡は ここで WN = WT + WC は、熱力学サイクル全体の仕事である。熱交換器内で作動流体の圧力損失がないと仮定した理想的な場合には 文章: レイリー・ジーンズの法則 レイリー・ジーンズの法則(レイリー・ジーンズのほうそく、英: RayleighJeans Law)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: 熱力学第三法則 熱力学第三法則(ねつりきがくだいさんほうそく、英語: third law of thermodynamics)とは、完全結晶のエントロピーは絶対零度ではすべて等しくなる、という定理。これはつまり、エントロピーの基準値を決めることができることを意味する。統計力学的に考えても、絶対零度では完全結晶の取りうる配置は1通りなので、エントロピーは0と考えて一致する。熱力学第三法則はネルンストの定理(熱定理)と同等といわれている。 文章: 熱 熱は必ず高温の物体から低温の物体へと移動する。低温の物体から高温の物体へと自発的に熱が移動することはない(熱力学第二法則と密接な関係がある事項である)。熱が移動した際に外部に熱が流出しなかったならば、高温の物体が放出した熱量と、低温の物体が接触した物体から得た熱量は等しい。また、同じ温度ならばみかけ上熱の移動はなく、この状態を熱平衡状態という。 熱力学第一法則によれば、孤立系のエネルギーは保存される。従って系の持つエネルギーを変化させるにはその系から外界に、あるいは外界からその系にエネルギーを伝達しなければならない。ある系にエネルギーを伝達する方法は、熱と仕事しかない。ある物体に仕事を行うということは定義上、その系にエネルギーを伝達することに他ならず、それによってその物体の外部パラメータ(例えば、体積、磁化、重力場における重心の位置など)が変化する。熱はそれら以外の手段による物体へのエネルギー伝達である。 熱平衡に近い複数の物体の場合、温度という概念が定義できるなら、熱伝達は物体間の温度差に関連する。それは複数の物体が相互に熱平衡状態に近づく不可逆過程である。 文章: 自由エネルギー 自由エネルギー(じゆうエネルギー、英: free energy)とは、熱力学における状態量の1つであり、化学変化を含めた熱力学的系の等温過程において、系の最大仕事(潜在的な仕事能力)、自発的変化の方向、平衡条件などを表す指標となる。 自由エネルギーは1882年にヘルマン・フォン・ヘルムホルツが提唱した熱力学上の概念で、呼称は彼の命名による。一方、等温等圧過程の自由エネルギーと化学ポテンシャルとの研究はウィラード・ギブズにより理論展開された。 等温等積過程の自由エネルギーはヘルムホルツの自由エネルギー(Helmholtz free energy)と呼ばれ、等温等圧過程の自由エネルギーはギブズの自由エネルギー(Gibbs free energy)と呼びわけられる。ヘルムホルツ自由エネルギーは F で表記され、ギブズ自由エネルギーは G で表記されることが多い。両者の間には G = F + pV の関係にあり、体積変化が系外に為す仕事 pV の分だけ異なる。 熱力学第二法則より、系は自由エネルギーが減少する方向に進行する。また、閉じた系における熱力学的平衡条件は自由エネルギーが極小値をとることである。 文章: 熱効率 熱効率とは、熱機関の性能を表現する物理量であり、熱として投入されるエネルギーのうち、機械的な仕事(動力)や電気的なエネルギー(電力)などに変換される割合である。 ある熱機関に投入される熱が Q であるときに取り出される仕事を と表した時の係数 η がこの熱機関の熱効率である。 例として、熱機関であるエンジンの目的は、動力の供給である。1000ジュールの熱エネルギーが与えられたエンジンが300ジュール分の動力を出力した場合、このエンジンの熱効率は30%である。残りの700ジュールは発熱や摩擦抗力や震動など、目的ではない形の物理現象に消費され、目的外に費消されたのであり、損失と呼ばれる。熱効率は熱力学第一法則により1(100%)を越えることはなく、熱力学第二法則により1になることも決してない。 ニコラ・カルノーは思考実験で最も熱効率の良い仮想熱機関としてカルノーサイクルを提案した。カルノーサイクルの理論熱効率 ηth は、吸熱源の温度を T1、排熱源の温度を T2 としたとき で与えられる。吸熱源の温度が高く、排熱源の温度が低いほど熱効率は大きいが、熱力学温度が必ず正であるため理論熱効率は必ず1より小さく、実際の熱効率はさらに小さくなる。また、吸熱源の温度が排熱源の温度より低い場合は熱効率が負になるため仕事を取り出すことはできない。逆に言えば、外部から仕事としてエネルギーを投入すれば、低温源から熱を吸収して高温源に熱を移動させることができる。このような機関はヒートポンプと呼ばれる。ヒートポンプの性能は熱効率に替えて成績係数という量で表現される。 文章: 物理定数 物理定数(ぶつりていすう、ぶつりじょうすう、英: physical constant)とは、値が変化しない物理量のことである。プランク定数や万有引力定数、アボガドロ定数などは非常に有名なものである。例えば、光速はこの世で最も速いスカラー量としてのスピードで、ボーア半径は水素の電子の(第一)軌道半径である。また、大半の物理定数は固有の単位を持つが、光子と電子の相互作用を具体化する微細構造定数の様に単位を持たない無次元量も存在する。以下の数値で特記のないものは科学技術データ委員会 (CODATA) が推奨する値であり、2019年5月20日に"2018 CODATA recommended values"として発表されたものである。表の「値」の列における括弧内の数値は標準不確かさを示す。例えば 6.67430(15)×10 は、(6.67430±0. 文章: 質量保存の法則 質量保存の法則とは、閉鎖系においては時間が経過しても物質の総質量が保たれるという物理学および化学の法則である。閉鎖系内で物質が移動したり、その形状が変化することはあっても質量そのものが生み出されたり、消失したりすることがないことを意味する。例えば化学反応の前の質量と後の質量は等しくなる。質量保存の概念は、化学、力学、流体力学などの多くの分野で広く使用されている。化学反応における質量保存の法則は、18世紀後半にアントワーヌ・ラヴォアジエが精密な実験を行い、提唱した。この法則は、錬金術から化学の現代自然科学への進歩の歴史において非常に重要であった。実際には質量保存の法則は古典力学における仮定のひとつにすぎず、自然の基本法則ではないことが知られており、特殊相対性理論における質量とエネルギーの等価性に従うように修正する必要がある。さらに非常にエネルギーの高い系では、素粒子物理学における核反応や粒子-反粒子消滅の場合のように、質量の保存は成り立たないことが示されている。質量保存則ともいう。