Transcript 運動エネルギー

今後の予定
4日目 10月19日（金） 班編成の確認
講義（2章の続き，3章）
5日目 10月26日（金） 講義（3章の続き，4章）
口頭報告課題発表
6日目 11月 2日（金） 講義（4章の続きなど）
班で討論
7日目 11月 9日(金），10日（土） 口頭報告
本日の課題
10月24日（水）までに3章への質問・感想を書け．（提出はi-sys）
1
Dr
P28
図２－１
F
仕事の定義
エネルギーの定義
W  FDr
E W
※ 手で荷物をもっているときは熱エネルギーが発生している．
2
・運動エネルギー
EK 
・ポテンシャルエネルギー
（＝位置エネルギー）
1
mv
2
2
P30
図２－２
山を越えていくボールの運動
運動エネルギー ＋ ポテンシャルエネルギー
＝力学的エネルギー
3
ポテンシャルエネルギーは空間に
蓄えられている
P30
図２－３
相互作用
物体間の万有引力による重力ポテンシャルエネルギーは片方の物体が
もっていると考えるのは不自然．（同程度の大きさの物体を考えよ）
4
熱エネルギー
分子の運動
マクロな
物体の
運動
向きのそろっていない分子の運動
エネルギーが熱エネルギー
P31
図２－４
全てのエネルギーは，最後には熱エネルギーになる．
5
熱機関（エンジン）の効率は100%にはできない．
ポテンシャルエネルギーと力の関係
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
力が大きいほどEP の
増減は大きくなる．
P32
図２－５
摩擦力に逆らって物体を移動させても熱エネルギーが
発生するだけでポテンシャルエネルギーは増えない．
6
力があるところにポテンシャルエネルギーあり
↓
（正確には）ポテンシャルエネルギーのあるところに力あり
保存力と非保存力 （p32）
摩擦力は非保存力でポテンシャルエネルギーと対応するポテン
シャルエネルギーはない． （詳しくは力学の教科書を見よ．）
様々なポテンシャルエネルギー
• 重力ポテンシャルエネルギー
• 静電ポテンシャルエネルギー
• 磁力によるポテンシャルエネルギー
• バネの弾性エネルギー
• 分子間力によるポテンシャルエネルギー
などなど
7
ガウスライフル
鉄球 磁石球２
状態 A
磁石球１
重力ポテンシャル
エネルギー
状態 B
運動エネルギー
状態 C
運動エネルギー
磁力のポテンシャル
エネルギー
磁石球どうしには強い引力がはたらいている．
磁石球と鉄球の間には弱い引力がはたらいている．
8
ポテンシャルエネルギーと力の関係
F：正の大きな値
EP
F：正の小さな値
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
P34
図２－６
9
質問２－６ （p34）
（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．
10
Lennard-Jones ポテンシャル
    12    6 
E  4      
 R  
  R 
P35
図２－８
11
「わかる」とは，「違いがわかる」こと．
似たような概念を区別しよう！
力とエネルギー
温度とエネルギーと熱
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？
P38
13
分子の運動エネルギー
加熱
P38
図３－１
14
蒸発が吸熱変化であるのはなぜか？
P39
15
分子間ポテンシャルエネルギー
P39
図３－２
16
分子間ポテンシャルエネルギー
P39
図３－２
17
Lennard-Jones ポテンシャル
分子間距離近づくと引力が大き
くなるが，さらに近づくと急速に
反発力がはたらく．
固体，液体の状態はポテンシャ
ルエネルギー最低のあたり．
極性分子でも，同じような形に
なる．
18
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？
P40
19
電子エネルギー（化学エネルギー）
結合状態の水素分子
解離状態の水素分子
P40
図３－３・４
20
H
H
エネルギー
発熱
H－H
結合エネルギーと発熱
P41
図３－５
21
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？
P41
22
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
P42
図３－６
23
内部エネルギーの正体は？
P44
24
内部エネルギーの内訳
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
P44
図３－７
25
内部エネルギーの内訳
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
P44
図３－７
26
E  E K  E P  E el
加熱
P38
図３－１
27
分子の運動モード
E K  E K, trans  E K, rot
並進
回転
振動
P45
図３－８・９
28
E  E K  E P  E el
P39
図３－２
29
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
P40
図３－３・４
30
温度とは何か？
（分子論的に答よ）
P48
31
温度とは何か？（分子論的に答よ）

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
P48
32
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
P52
33
-1
実験サークルのっぱら 企画案内
11月4日 まなびピア岡山への出展（静電気）
11月17日，12月1日，12月15日
朝日塾小学校1年生 科学教室（ふしぎな石じしゃく）
11月23日 大学祭 わくわく科学の広場（静電気）
11月24日，25日 科学の祭典倉敷大会（ダイラタンシー）
12月22日 みんなで遊ぼう科学の世界（液体窒素？）
金曜日17時より21323大学院講義室にて例会
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