Transcript 4日目 （10月13日）

人間は原子の塊でできているということをよく聞き
ますが、この第一章に目を通すと、ますます信じれ
なくなりました。原子はさまざまな運動をして、さま
ざまな変化を起こす。人間は自分の意思で行動し、
考えるので、そんなことが原子の塊にできるのかと
そういうことを考えました。
運動の合計エネルギーが始まりと終わりでは同じ
なのは当たり前のように見えて実はすごい神秘的
なことなのではないかと感じた。
熱エネルギー、位置エネルギー、運動エネルギー
とすべて違うエネルギーなのにたすと合計値が同
じというのは実に興味深いところだと思う。
1
「エネルギーが働いている」→「．．．を持っている」
重たいものを持っているのに、物体に何も影響を与
えてないのは理不尽な気がした。どんな事でもエネ
ルギーが使われていると思うんだけど、エネルギー
が使われない動きはないのかな？
2
・運動エネルギー
EK 
1
mv
2
2
・ポテンシャルエネルギー
P28
図２－２
山を越えていくボールの運動
3
分子の運動
マクロな
物体の
運動
P29
図２－４
4
運動エネルギーが何故熱エネルギーに変化する
のですか？
授業のとき金属を曲げると温度が上昇するエネ
ルギーは結局なんだったのかわからなかったの
でもう一回説明お願いします。
5
水が滝つぼに落ちるときの
エネルギー変化は？
10 mの滝から落ちた
水の温度上昇は？
0.023 K
6
静電エネルギーでは、そのもの自体が何なのか
わかりません。
ポテンシャルエネルギーは物体の高さの他に何
かに依存しているのでしょうか。
ポテンシャルエネルギーの空間がエネルギーを
保存するという理論もよくわからなかった。
7
落下・上昇にともなう重力ポテンシャルエネルギー変化
力に従って落下
→ EP減少
力に逆らって上昇
→ EP増加
重力
力のあるところに
ポテンシャルエネルギーあり！
P30
図２－５
8
F：正の大きな値
F：正の小さな値
EP
EP
傾き：負の大きな値
傾き：負の小さな値
r
r
F=0
EP
F=0
EP
傾き＝０
傾き＝０
r
r

dE P
dr
 F
P32
図２－６
9
積分の式は少し頭が痛くなりそうでした。
10
（１）２つの電子間の距離と静電ポテン
シャルエネルギーの関係をグラフにせよ．
（２）２つのAr分子間の距離と分子間力に
よるポテンシャルエネルギーの関係をグ
ラフにせよ．
ただし，模式的なグラフでよい．また，粒
子間の距離rが無限大の時のポテンシャ
ルエネルギーをゼロとする．
11
Lennard-Jones ポテンシャル
    12    6 
E  4      
 R  
  R 
P33
図２－８
12
気体を加熱したとき，
エネルギーはどのような形で
蓄えられるか？
13
加熱
14
蒸発が吸熱変化であるのはなぜか？
15
16
17
原子が結合して分子になるのが
発熱反応であるのはなぜか？
18
結合状態の水素分子
解離状態の水素分子
19
H
H
エネルギー
発熱
H－H
結合エネルギーと発熱
20
2H2(気体)+O2(気体)→2H2O(気体)
という反応が発熱反応であるのはなぜか？
21
エネルギー
状態A 4H(気体)+2O(気体)
494 kJ/mol
状態B 4H(気体)+O2(気体)
1836 kJ/mol
864 kJ/mol
状態C 2H2(気体)+O2(気体)
478 kJ/mol
状態D 2H2O(気体)
水素の燃焼
22
内部エネルギーの正体は？
23
E  E K  E P  E el
分子
電子
ポテンシャルエネルギー：EP
電子エネルギー：Eel
分子
運動エネルギー：EK
原子核
図３－５ 内部エネルギーの内訳
24
E  E K  E P  E el
加熱
25
E K  E K, trans  E K, rot
並進
回転
振動
26
E  E K  E P  E el
27
E  E K  E P  E el
結合状態の水素分子
解離状態の水素分子
28
E  E K  E vib  E P  E el
分子
原子
分子
電子
ポテンシャルエネルギー：EP
電子エネルギー：Eel
分子
運動エネルギー：EK
振動エネルギー：Evib
原子核
図３－５ 内部エネルギーの内訳
29
温度とは何か？
（分子論的に答よ）
30

K, trans
kB 

3
2

k BT
T: 絶対温度
R
kB: ボルツマン定数
NA
R: 気体定数
NA: アボガドロ数
単原子分子の場合
EK  
K
: 1分子の並
進運動エネルギー
K, trans
NA 
3
2
RT
31
25 ℃における窒素分子の
v
v 
2
3 k BT
v
2
 515 m s  1850 km h
-1
m
32
-1
結晶中の分子は止まっているか？
結晶

液体
K, trans

3
2
k BT
33
「同じ温度の液体と気体を比べると，
気体中の分子の方が動き回れる
スペースが広いので，
大きな運動エネルギーを持っている」？
EK 
1
mv
2
2
34