平衡熱力学

熱力学
古典的カルノー熱機関（英語版）
分野 熱力学 統計力学 熱化学 平衡熱力学 / 非平衡熱力学
熱力学の法則 第零法則 第一法則 第二法則 第三法則
系 状態（英語版） 状態方程式 理想気体 実在気体 物質の状態 平衡 検査体積 過程（英語版） 定圧過程 定積過程 等温過程 断熱過程 等エントロピー過程 等エンタルピー過程（英語版） 準静的過程 ポリトロープ過程（英語版） 可逆性 不可逆性 内部可逆性（英語版） サイクル 熱機関 熱ポンプ（英語版） 熱効率
系の特性 注: 斜体は共役変数（英語版）を示す。 特性線図（英語版） 示量性と示強性 状態の関数 温度 / エントロピー 圧力 / 体積（英語版） 化学ポテンシャル / 粒子数（英語版） 蒸気乾き度（英語版） 対臨界特性（英語版） 過程関数（英語版） 仕事 熱
材料特性（英語版） 比熱容量  ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ 圧縮率  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ 熱膨張  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$
方程式（英語版） カルノーの定理 クラウジウスの定理 基本関係式（英語版） 理想気体の状態方程式 マクスウェルの関係式 オンサーガーの相反定理 ブリッジマンの方程式（英語版）
熱力学ポテンシャル 自由エネルギー 自由エントロピー（英語版） 内部エネルギー ${\displaystyle U(S,V)}$ エンタルピー ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ ヘルムホルツの自由エネルギー ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ ギブズの自由エネルギー ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
歴史 文化 歴史 一般（英語版） 熱（英語版） エントロピー（英語版） 気体の法則 永久機関（英語版） 哲学（英語版） エントロピーと時間（英語版） エントロピーと生命（英語版） ブラウン・ラチェット マクスウェルの悪魔 熱力学的死のパラドックス（英語版） ロシュミットのパラドックス シナジェティクス（英語版） 理論 カロリック説 熱の理論（英語版） Vis viva（英語版） 熱の仕事当量 動力 重要文献 摩擦により発生する熱の源に関する実験的探求（英語版） 不均一な物質系の平衡に就いて 熱の動力についての考察（英語版） 年表 熱力学 熱機関（英語版） 芸術 教育 マクスウェルの熱力学的表面（英語版） エネルギー拡散としてのエントロピー（英語版）
科学者 ベルヌーイ ボルツマン カルノー クラペイロン クラウジウス カラテオドリ デュエム ギブズ フォン・ヘルムホルツ ジュール マクスウェル フォン・マイヤー オンサーガー ランキン スミートン シュタール トンプソン トムソン ファン・デル・ワールス ウォーターストン
表 話 編 歴

平衡熱力学（へいこうねつりきがく、英: Equilibrium Thermodynamics）は、熱力学的平衡の観点から系における物質やエネルギーの変換を体系化する物理学の一分野である。平衡という言葉は、静的な状態が保たれていることを意味する。平衡熱力学はカルノーサイクルを分析することから始まった。熱機関について考えると、初めは内部が熱平衡にあるシリンダーに封入された気体が加熱されてバランスを崩され、いくつかの段階を経て最終的に再び熱平衡に至り、仕事が引き出されることがわかる。

平衡状態では熱力学ポテンシャルあるいは系の駆動力が平衡熱力学の主な目的は系において熱平衡にある初期状態（英語版）がしっかり定義されているとき、その条件を正確に記述し、計算し、熱力学的操作（英語版）によって条件が変わった後に到達した新たな平衡がどんな状態であるかを記すことである。平衡状態は熱力学関数の最大値及び最小値（これらは系に加えられた条件に依存する）を探すことで、数学的に確かめられる。例えば、定温定圧での化学反応では平衡時にギブズの自由エネルギー（英語版）は最小に、エントロピーは最大になる。

熱力学は非平衡熱力学（英語版）とは以下の点で異なっている。後者は調べる系の状態が均一ではなく、拡散によってエネルギーやエントロピー、温度が場所によって変わり、分布が勾配になっている。対して平衡熱力学では、系の状態は常に一様であり、温度や圧力、体積などが巨視的に決められる。系の変化は最初の平衡状態と最後の平衡状態の差で求められる。このような変化を熱力学過程（英語版）と呼ぶ。

ルピナー幾何学（英語版）は情報幾何学の一種で、熱力学の研究に用いられる。ルピナー幾何学では、熱力学における系はリーマン幾何学で記述でき、そのモデルから統計的性質を導くことができるとしている。この幾何学モデルは平衡状態が二次元平面上の2点で表され、2点間の距離は熱ゆらぎと関連があるという考え方に基づいている。

関連項目

• 熱力学

参考文献

• Adkins, C.J. (1983). Equilibrium Thermodynamics, 3rd Ed. ケンブリッジ: ケンブリッジ大学出版局.
• Cengel, Y. & Boles, M. (2002). Thermodynamics – an Engineering Approach, 4th Ed. (教科書). ニューヨーク: マグロウヒル・エデュケーション.
• Kondepudi, D. & Prigogine, I. (2004). Modern Thermodynamics – From Heat Engines to Dissipative Structures (教科書). ニューヨーク:ジョン・ワイリー・アンド・サンズ.
• Perrot, P. (1998). A to Z of Thermodynamics (事典). ニューヨーク:オックスフォード大学出版局.

脚注

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