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熱力学の質問です。 準静的過程の説明で、 (1):内圧と外圧でピストンにかかる力...

dai********さん

2016/9/2200:27:32

熱力学の質問です。
準静的過程の説明で、
(1):内圧と外圧でピストンにかかる力が釣り合っている。

(2):ちょっと気体を熱することにより、内圧が少し上がり、力の釣り合いが崩れ、ピストンが動き出す。
(3)ピストンが動いたことにより、再び内圧と外圧が釣り合う。
この行程を繰り返したものだとありました。

ここで疑問に思ったのですが、
(3)は(1)と同じように、力が釣り合っていますが、速度が生じてしまっています。1~3の過程ではピストンに右向きの加速度しか生じていないからです。

この速度をどのように処理すればいいのでしょうか?

回答お願いします。

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pla********さん

2016/9/2409:23:44

準静的過程とは本来は平衡状態が点綴された仮想的な過程です。時間の概念は含まれません。
だからご質問の説明は、実際の過程で、準静的過程できるだけ近いものを想定して説明しているのです。

この近似過程では、ある平衡状態から非平衡状態(物質が流れたり、熱が流れたり)を通って近傍の次の平衡状態に移ることを繰り返すことになります。
そして、ある平衡点から次の平衡点までの時間が系の緩和時間よりも長ければ、ほぼ準静的変化となります。
緩和についてもう少しいえば、気体の内圧が上がりP+ΔPとなり、ピストンを押して膨張し、ピストンの近傍が外圧Pに等しくなったとき、次の熱の流入による内圧上昇前に気体全体の圧が均一にPになっているということです。具体的には系の広がりをLとし、音速をvとすれば緩和時間はL/vの程度です。

  • 質問者

    dai********さん

    2016/9/2601:06:29

    回答ありがとうございます。

    >この近似過程では、ある平衡状態から非平衡状態(物質が流れたり、熱が流れたり)を通って近傍の次の平衡状態に移ることを繰り返すことになります。

    ここの部分が気になりました。そもそもピストンは滑らかに動くので、ピストンが止まった状態(平衡状態)から、再びピストンが別の止まった状態(平衡状態)に移行するのは、出来ないのではないでしょうか?(単振動を起こしてしまうので)

    この近似過程の説明がおかしいと思ったので、質問させていただきました。
    返信お願いします。

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