続いて断熱的な 自由膨張 について解説していきましょう。

容器Aと容器Bをコックがついた細い管でつなぎ、容器Aにはモル数n_A、体積T_Aの気体を封入し、容器Bは真空とします。ここからコックをあけるとAからBに気体が移動し、最終的には一様な状態になりますね。

この変化を 自由膨張 といいます。

結論から言うと、自由膨張の場合も断熱的混合と同様に 内部エネルギーが保存される と言えます。

容器Aと容器B全体に注目すると、断熱材に囲まれた断熱変化のため 吸収熱Q_in=0 となりますね。また全体の体積が一定なので、 仕事W_out=0 です。これらを熱力学第一法則Q_in=ΔU+W_outに代入すると、 内部エネルギーの変化ΔU=0 であることもわかります。

断熱的な自由膨張の場合も、内部エネルギーが保存される ことをしっかり覚えましょう。