熱力学の基礎

電験の参考書を開く前の基本的な知識の最後に熱力学について触れておきましょう。
とは言っても高校で習うようなボイル・シャルルの法則から気体の状態方程式を使うような難しいことは必要ありません。

まず最初に1【ｇ】の水を1℃上げるのに必要な熱を1【cal】と表します。これはエネルギーの単位でジュール【Ｊ】と単純に変換できます。
栄養分でカロリーってのはその食物を燃やして発生する熱エネルギーを指しています。力学的エネルギーが運動エネルギーとじっとしているだけで潜在的に持っている位置エネルギーがあるように、栄養分あるいは化学物質も最外殻電子をつなぎとめる科学的エネルギーと分子自体の運動による熱エネルギーの間を相互に変換しているわけです。

ちなみに温度の単位としてケルビン【Ｋ】で表しますが、1℃＝1【Ｋ】です。

温度ってのは際限なく低い温度があるわけでなく-273℃が温度の底でそれより低い温度は存在しません。これを絶対零度といい、絶対零度からの温度差を絶対温度と言います。

覚えておくべきは1【cal】=4.2【Ｊ】であるということです。そして物質によって同じ熱量を加えても温度上昇は違います。ある物質1ｇを1Ｋ上げるのに必要な熱量を比熱と言います。金属などは比熱が低いので熱しやすく冷めやすいのです。これだけ押さえておけば温度上昇を求める問題は何とかなります。

そして電気・機械・熱・化学エネルギーの間で変換が行われてもエネルギーの総和は一定になります。これを熱力学の第一法則と言います。

熱力学の第二法則は熱エネルギーをすべてほかのエネルギーに変換することはできないということです。これが原因で永久機関を作ることはできないわけです。熱力学第二法則を別の表現を用いると、不可逆変化を起こした閉ざされた系のエントロピーの総和は必ず増大するということです。なんじゃそりゃ？って思われるのは無理のない話で、イメージとしてはホイッスルが鳴るたびに座席の増える椅子取りゲームのように個々の粒子の状態が不規則になっていくということです。

この二つの法則から電験では機械科目でよくよく機械のエネルギー効率が問われます。動力と電力の変換は必ず熱的なロスを伴うんです。

さて、もう一つ押さえておきたいのは圧力ですね。１【m^2】に1【N】の力がまんべんなくかかっている状態を1【Pa】の圧力がかかっているといいます。1【Pa】の圧力の流体（気体・液体など流れることが出来る物体）が体積1【m^3】あれば1【J】の内部エネルギーを持っているわけです。

電験の参考書を開くために必要な素養はこんなところで十分でしょう。

次回は参考書に書かれている電界に触れる前に、私が説明するスタンスと学習法について述べておきましょう。
参考書をなぞるだけならこんなことをいちいちブログに書く必要もないのです。
ですから、説明するときは「私ならこう理解する」、演習にあたっては「この問題私ならこのように解く」という視点で述べていきます。基本的に参考書とはかけ離れた解法が多いですが、これを習得できるなら電験３種の計算問題は基本的に１分以内に解けるようになり１発合格が現実的な目標に据えることが出来るようになります。そのために必要な素養をここまで述べてきたわけです。