物理学的性質 一次相転移点の前後では，エントロピーやモル比熱などが不連続である。そして、前後の化学ポテンシャル μ1, μ2 とは一致し、相転移の状態にある2つの相にはクラウジウス-クラペイロンの式が成立する。 第一種相転移は準安定状態を持つので固体表面や空間に浮遊する吸湿性の微小粒子やイオンなどの刺激するものが存在しないことが原因で過熱状態や過冷却状態のように転移点を越えても相転移を生じない場合がある。すなわち電子レンジで過熱した水が突沸したり放射線検出器の霧箱・泡箱の原理はこの第一種相転移の準安定状態に由来する。 ウィークリーマンション・マンスリーマンション 物性としての蒸発のし易さ、し難さを「揮発性」・「不揮発性」という。液体の表面張力に打ち勝つ熱運動エネルギーを持つ分子は蒸発することができる。言い換えると、蒸発する分子は液体表面への付着についての仕事関数を超える力学エネルギーもっている。したがって蒸発は液体の温度が高かったり、表面張力が低かったりするほど早く進行する。 また、理想気体あるいは理想液体では圧力に依存してその振る舞いを変えることはないが、実際の物質の場合には高圧になると気相と液相の振る舞いに相違がなくなる。その限界の転移点を「臨界点」と呼ぶ。その臨界点を超えた相の状態を超臨界状態と呼ぶ。 リフォームマンション [編集] 転移熱 熱的現象としては第一種相転移が進行中の一成分系は圧力が一定の場合、系の温度が一定のままでの系外への熱の放出あるいは吸収が見られる。このような機構で生じる熱を転移熱（てんいねつ、heat of transition）または潜熱（せんねつ、latent heat）とよぶ。そもそも熱の定義は物体に作用することで温度変化をもたらす物理量であり、一次相転移点以外の状態では熱の作用は温度変化をもたらすのでこの場合を顕熱（けんねつ、sensible heat）とよび、一次相転移点において作用により温度変化を生じない場合を潜熱と呼び分けたことに由来するので、顕熱と潜熱とで物理量である熱として違いがあるわけではない。 相転移前後を状態1、状態2とした場合、それぞれの相の生成エンタルピー H1, H2の総量の差分だけ、転移熱が発生する。 転移熱の単位は質量あたりの熱量 (J/g) または物質量あたりの熱量 (J/mol) で示される。例えば、水の融解熱は 333.5 J/g、気化熱は 2256.7 J/g である。 次に転移熱に該当する熱現象を次に示す。 蒸発熱（気化熱、凝縮熱） - 気相・液相間の第一種相転移 融解熱（凝固熱）- 液相・固相間の第一種相転移 不動産担保ローン [編集] 第二種相転移 代表的な第二種相転移である物理現象としては、構造相転移、磁気相転移、常伝導から超伝導状態への転移、液体ヘリウムの超流動状態などが挙げられる。一般に第二種相転移はある秩序変数が秩序‐無秩序へと転移する現象である。秩序変数としては結晶内の原子配列の規則化や磁性体の磁気的秩序等多岐に渡る。 二次あるいは高次の相転移では化学ポテンシャルの一次導関数も連続である為、転移熱は発生せず、比体積の不連続点も発生しない。 一方、二次相転移では、化学ポテンシャルの二次導関数等は不連続で比熱や磁化率が転移点で不連続性を示す。そのほかにも第二種相転移点付近では物理量の異常性が現れ、それらは臨界現象と総称される。たとえば、比熱が第二種相転移点付近でギリシャ文字の λ の形のグラフを示して発散するケースはλ転移と呼ばれる。 理想気体（りそうきたい、または完全気体（かんぜんきたい）英:ideal gas,perfect gas）は、気体分子（原子）自身の体積、分子間力などの相互作用をともに0と考えた場合の仮想的な気体。実際にはどんな気体分子にも不動産担保ローン 体積があり、分子間力も働いているので理想気体とは若干異なる性質を持つ。そのような理想気体でない気体を実在気体という。実在気体も、低圧で高温の状態では理想気体に近い振る舞いをする。理想気体に成立する法則として代表的なものには次のものがあげられる。 ボイルの法則…温度一定のもとでは、圧力と体積は互いに反比例する。 シャルルの法則…圧力一定のもとでは、体積は熱力学温度に比例する。（ゲイ＝リュサックの法則ともいう） ボイル＝シャルルの法則…体積は、圧力に反比例し、熱力学温度に比例する。 また理想気体は分子同士や容器内壁と衝突してもその衝突前と衝突後で運動エネルギーの和は変わらない（完全弾性衝突）。 目次 [非表示] 1 理想気体の状態方程式 2 比熱容量 3 理想気体の非現実性 4 関連項目 [編集] 理想気体の状態方程式 これら理想気体のふるまいは、以下の理想気体の状態方程式で表される。 PV = nRT = NkT ここでPは圧力、Vは体積、nは物質量モル、Rは気体定数、Tは熱力学温度、Nは分子数、kはボルツマン定数である。 理想気体の内部エネルギーは以下の式で表される。 は定数であり、自由度の1/2に相当する。単原子分子なら であり、二原子分子なら である。 [編集] 比熱容量 定積モル比熱cVは以下の式で表される。 定圧モル比熱cPは以下の式で表される。 Hはエンタルピーで、H=U+PV である。cVとcPの関係は となり、これをマイヤーの法則という。 [編集] 理想気体の非現実性 理想気体はあくまで想像上の存在であって、現実には存在しない気体である。事実、実在気体では、高圧で低温の状態では理想気体とは異なった性質を持つ。これは理想気体が、仮想上以下の性質を持つためである。 理想気体には気体分子の概念が存在しない。 理想気体は、温度が下がれば下がるほど体積は小さくなっていき、絶対零度（セ氏では-273.15℃）では体積は0になるとされる。だが、これでは気体の体積が完全に無くなった状態となり、気体が消滅した事にもなってしまう。理想気体に気体分子の概念が存在しないためで、理想気体の体積中では気体分子の占める体積は存在しない、と定義付けられているためである。 無論、これは実在気体では起こりえない現象である。実在気体は気体分子が存在するため、体積は小さくなっても決して0にはなりえない（尤もその前に液体や固体になってしまうが）。また、イオン化や共有結合などによって電子の授受が行われない限り分子の体積は変化しない。加圧や冷却によって分子自体の大きさが小さくなる事はないのである。 理想気体には気体分子間の引力が作用しない。 気体は分子運動で熱膨脹をするが、同時に分子振動もしている。加熱や減圧では気体分子の運動エネルギーは大きくなるので、分子振動は無視できる。だが、逆に加圧や冷却では気体分子の運動エネルギーは小さくなり、分子振動も無視できなくなってくる。その前に分子運動が低速になった状態で分子が接近すると分子間に引力が作用するので、ファンデルワールス力などの分子間力が作用するようになる。結果、分子運動のエネルギーが分子間力のエネルギーよりも小さくなり液体になる。液体は分子運動と分子振動で膨張するが、さらに加圧･冷却が進むと分子運動のエネルギーが分子振動のエネルギーよりも小さくなり、ついには分子は自由運動ができなくなってしまう。この状態が固体である。 実在気体で起こる凝固、凝結、ならびに昇華と言う現象は、理想気体では発生しえない。理想気体では分子間力が一切作用しないため（それ以前に分子自体が存在しない）、どんなに加圧･冷却をおこなっても液体や固体にはならない。また、理想気体の運動エネルギーは∞（無限大）とみなされる。このため、分子運動のエネルギーが分子振動のエネルギーより小さくなることはなく、気体のままでいられる。 理想気体は分子同士や容器内壁と衝突してもその衝突前と衝突後で運動エネルギーの和は変わらない。いわゆる完全弾性衝突で、これは熱力学第一法則に従う。また、理想気体の状態方程式とボイル＝シャルルの法則を両立させた結果でも、理想気体は熱力学第一法則に反していない。冷却によって体積が縮小されると、体積の縮小と言う形で理想気体が仕事をしたことになる。一見すると理想気体は熱力学第一法則に反しているように見えるが、外部からのエネルギーの供給なくひとりでにエネルギーを作り出すこともせず、逆に発生したエネルギーを仕事をさせずに消滅させてもいないので、熱力学第一法則とは矛盾しない。 量子（りょうし、quantum）は、1900年にマックス・プランクが発見・提唱した物理量の最小単位。古典力学では考えられなかった不連続な量であり、物理量はこの最小単位の整数倍をとることになる。量子を扱う自然科学の理論を量子論と総称する。量子の概念は、アルベルト・アインシュタインやニールス・ボーアらによって発展を続け、量子力学の建設へとつながった。量子の発見は、20世紀の物理学・諸科学に革命を起こした。 アインシュタインが提唱した光量子は、次の式で表わされる。 E = hν ここで、Eはエネルギー、hはプランク定数、νは振動数である。 光子(こうし、フォトン、Photon)は、電磁相互作用を媒介するゲージ粒子である。素粒子物理学においては記号γ(ガンマ線に由来する)、光化学においては記号hν(後述する光子の持つエネルギーを表す式から来ている)で表されることが多い。 アルベルト・アインシュタインがマックス・プランクの黒体放射の量子仮説を基にして、電磁波の粒子的な側面を説明するために導入した光の量子である。アインシュタイン自身は光量子(Light Quantum)の名前で提唱している。 光子1個の持つエネルギー Eは、プランク定数 h、振動数 ν、光速度 c、波長 λを用いて で表される。光電効果は物質中の電子が、光子1個を吸収し、そのエネルギーを自身の運動エネルギーとして物質から飛び出す（もしくは半導体等の伝導帯へ励起される）現象として説明される。 また、光子はその進行方向に大きさ の運動量を持つ。コンプトン効果はこの運動量を持つ光子と電子の弾性散乱として説明される(ただし現在では光電効果、コンプトン効果の説明のために光量子を導入する必要のないことがわかっている[要出典])。 光子は質量や電荷が0であり、安定な素粒子である(崩壊寿命がない)。光子の反粒子は光子自身となる。また光子はスピン1を持つボース粒子である。角運動量保存則のため、光子の吸収、あるいは放出の前後には系の角運動量がこのスピン角運動量の分だけ変化しなくてはならない。このことが電磁波の吸収における状態遷移が起こりうるか否かを決定する選択律の原因となる。 電磁波の吸収が起こる過程においては通常は1個の光子のみが吸収されるが、レーザーのように光子密度の大きな電磁波を用いると複数の光子が吸収されることもある。このような過程は多光子過程と呼ばれる。 光子あるいはフォトンは、しばしばSFや疑似科学に用語として取り入れられている。例えば光子魚雷やフォトンベルトなどといった言葉である。しかしこれらは物理学的な光子とは関係無い。