状態量

カテゴリー：熱力学

熱力学を勉強していく過程で「状態量」という言葉が多く出ている。 この状態量とは一体どのようなものなのであろうか？

教科書の多くでは

熱力学において、電場や磁場がない場合、系の状態だけで一意的に決まり、 過去の履歴や経路には依存しない物理量のことである。

と書かれていることが多い。 この表現だけでは難しいので、ここではもっと簡単に説明する。

まず、状態量として良く挙げられるが以下の物理量である。

• 温度

• 圧力

• 密度

• エントロピー

この他に内部エネルギーも状態量である。 上記の物理量の特徴として、系がある状態からある状態に変化したときに、過去の履歴を引き継がないということである。

温度が300 Kと言われればそれ以外の状態を示すことはないし、過去の履歴を知ることはない。 圧力、密度も同じである。

つまり、系の状態によって一義的に決めることができる物理量なのである。 逆に、状態量によって系の状態を決めることができる。 これによって、状態量を使った方程式

は状態方程式と呼ばれる。

一方で仕事や熱量は状態量ではない。 温度は300 Kと言われればそれ以外を想像することはないが、100 Jの仕事をしたと言われても、一気に力を与えたのか一旦、 力をもらってからそれを超える力を与えたのか不明である。 つまり、仕事や熱量は経路に依存するため状態量ではない。