熱力学の法則

熱力学の根幹をなす法則として、熱力学第0法則、第1法則、第2法則があります。

それぞれ簡単に説明します。

熱力学第0法則（熱平衡の法則）

温度の異なる物質を孤立系（箱のようなもの）に長い時間放置すると、系の温度が時間的に変化しない状態になる。この状態を熱平衡という。

図１　箱に入れられたコップの様子。熱の移動が起こり、時間がたつと同じ温度になる。

熱力学第1法則

熱はエネルギーの一種であることを説明する法則。この法則から、仕事、内部エネルギー、エンタルピーの関係などが導かれる。

図２　コップに入った水をマドラーでかき混ぜると温度が上昇する。外部から運動エネルギーを与えることで、熱エネルギーが生成された例。

熱力学第2法則

熱を仕事に変換する効率に関する法則。エンジンの効率など考えるのに必要で、工学的に非常に重要な法則。

図３　一定温度の水が持つ熱エネルギーを直接仕事として取り出す機関（第２種永久機関）は、第２法則の理論上不可能である。

まとめ

この3つの法則が熱力学の基礎となります。言い換えると、熱力学とはこの3つの法則を基に熱に関する諸量を計算する学問となります。

近年、人類が排出する熱は急増しており、多くの環境問題を引き起こしています。環境に対する負荷を小さくしていかにエネルギーを有効活用するか考えるため、熱力学は欠かせません。

以降では、それぞれの法則について詳しく見ていきます。