定圧過程・定容過程・等温過程・断熱過程

定圧過程・定容過程・等温過程・断熱過程の4つの基本過程は、エネルギーのやりとり（熱と仕事）を理解するうえで非常に重要です。
ここでは、熱力学第一法則（ΔU = q + w）を用いて、それぞれの特徴とエネルギー変化を整理します。

① 定圧過程（一定圧力下の変化）

定義
系の圧力が変化しない状態で、熱の出入りがある過程。

特徴

• 加えられた熱エネルギー（q）の一部は、系の内部エネルギー（ΔU）として蓄えられ、残りは膨張などによる外部への仕事（w）に使われます。

• w = –pΔV（体積が増えるほど外部への仕事が増える）

エネルギー式：ΔU = q + w = q – pΔV
（ΔU > 0, q > 0, w < 0 の場合：膨張して外に仕事をしている）

② 定容過程（一定体積下の変化）

定義
体積が変化せず、系が熱を受け取る過程。

特徴

• 容器の体積が固定されているため、外部への仕事はゼロ（w = 0）

• 受け取った熱（q）はすべて内部エネルギー（ΔU）に変換される。

エネルギー式：ΔU = q（w = 0）
（ΔU > 0, q > 0）

③ 等温過程（一定温度下の変化）

定義
系の温度が一定に保たれている状態での変化。

特徴

• 温度が一定のため、内部エネルギーは変化しない（ΔU = 0）

• 加えた熱エネルギー（q）はすべて外部への仕事（w）として使われる。

エネルギー式：ΔU = 0 → q = –w
（例えば外部に仕事をすると、その分だけ熱を吸収する）

④ 断熱過程（熱の出入りがない変化）

定義
外界との間で熱のやりとりが一切ない過程。

特徴

• q = 0（熱は出入りしない）

• 系が行う仕事は、内部エネルギーの減少によってまかなわれる。

• 逆に外から圧縮されると、内部エネルギーは増加する。

エネルギー式：ΔU = w（q = 0）

💡補足：熱力学第一法則とは？

熱力学第一法則はエネルギー保存の法則に基づき、以下のように表されます：
ΔU = q + w

• ΔU：内部エネルギーの変化

• q：系に出入りする熱

• w：系が外部にした（またはされた）仕事

この式を使えば、どの過程でもエネルギーの流れを論理的に整理できます。

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