断熱と等温

化学の分野では、宇宙を2つに分けて考えています。私たちが関心を持つ部分を「システム」と呼び、それ以外を「周辺」と呼びます。システムとは、生物であったり、反応容器であったり、あるいは細胞であったりする。システムは、どのような相互作用があるか、あるいはどのような交換が行われるかによって区別される。システムは、オープンシステムとクローズドシステムの2つに分類される。物質やエネルギーがシステムの境界を越えて交換されることもある。交換されるエネルギーには、光エネルギー、熱エネルギー、音エネルギーなど、さまざまな形態がある。温度差によってシステムのエネルギーが変化すれば、「熱流が発生した」と言うことができる。断熱と多方向は、システム内の熱移動に関連する2つの熱力学的プロセスである。

絶縁型

断熱的変化とは、熱の出入りがない変化のことである。熱の移動を止める方法は、大きく分けて2つあります。熱を入れない、あるいは存在させないように断熱性の高いバウンダリーを使用する方法もある。例えば、デュワーフラスコの中で行われている反応は断熱的である。もうひとつの断熱プロセスは、プロセスが急速に変化するため、熱を伝える時間がない場合に発生します。熱力学では、断熱変化は dQ = 0 で表される。このような場合、圧力と温度には関係がある。このように、断熱条件下では、圧力によって系が変化する。これが、雲の形成や大規模な対流で起こることなのです。高地では、気圧が低い。空気が温められると、上昇します。外気圧が低いため、上昇した空気パックが膨張しようとするのです。膨張すると、空気の分子が働くので、温度に影響が出る。これが、温度が上がると下がる理由です。熱力学によれば、封筒の中のエネルギーは一定だが、膨張の仕事をしたり、温度を維持するために変換することができる。外界との熱交換がない。空気の圧縮（ピストンなど）でも同じ現象が起こります。この場合、エアパックを圧縮すると温度が上昇する。このような過程を断熱加熱・冷却という。

等温

等温変化とは、系が一定の温度を保つ変化のことである。したがって、dT = 0となる。ある過程が非常にゆっくりと起こり、その過程が可逆的であれば、等温となりうる。そのため、変化は非常に緩やかで、温度変化に適応するのに十分な時間があります。さらに、ヒートシンクのように熱を吸収しても一定の温度を保つことができるものは等温システムである。理想的なものでは、等温条件下では、圧力は次の式から与えられる。

P=nRT/V

仕事柄、W＝PdVは以下の式で導き出すことができる。

W=nRT ln(Vf/Vi)

このように、温度が一定であれば、系の体積を変えながら膨張や圧縮の仕事が発生する。等温過程では内部エネルギーの変化がない（dU=0）ので、供給された熱はすべて仕事に使われる。これが、熱機関ではどうなるかというと