エネルギー

1. エネルギー

   化学で扱うエネルギーには，次のようなものがある．

   • ポテンシャルエネルギー
   • 運動エネルギー
   • 光エネルギー
   • 熱エネルギー

   力と 距離の積を仕事と呼び，これが力学的エネルギーである．単位は，J である．Jのデメンジョンは， (kg m² s^-2)

2. ポテンシャルエネルギー　( 位置エネルギー )

   力の場で，力の働く方向に移動するのに必要なエネルギー．地球上では重力を扱い，原子の世界では，電気的な力である，クーロン力を扱う． いずれも式の形は同じである．

   質量がある物質の間には，引力が働く (万有引力) ．2つの物体に働く引力 F は，質量をそれぞれ　m₁ m₂ ，距離を r とすると，

   　　　　　　　　　式2.1 　　(Gは万有引力定数で，6.67259 x 10^-11 N m² kg^-2 )

   距離 r について積分すると，ポテンシャルエネルギーの式がえられる．

   　　　　　　式2.2

   ここで，ポテンシャルエネルギーは，無限遠点を基準 (0 )にして，無限遠点から距離 rの点まで，移動するのに必要なエネルギーとなる (したがって負の値 )．

   (地球上での近似)

   電子は，負電荷を持っているので，正電荷を持つ原子核に対しては引力，他の電子に対しては反発力が働く．2つの電荷の間に働く力は，クーロン力と呼ばれる．クーロン力は，距離の2乗に反比例するので，電子が原子核から離れるのにしたがって，力の大きさは小さくなる．

   より一般的なポテンシャルの定義
   エネルギーについて，エネルギーの変化する方向に微分したもの
   エネルギー場としては，重力場，電場，自由エネルギーがある．化学では，電場と自由エネルギーを扱う．

3. 運動エネルギー

   質量を持つ物質が運動しているときに持っているエネルギー．

   　　　　　　　　　式2.3

   運動エネルギーを表す式は，物体を加速したときの，距離の積分 から求めることができる．なお，

   (参考相対性理論での運動エネルギー )

4. エネルギー保存則

   外部からエネルギーが与えられなければ，物質の運動が変化しても，位置エネルギーと運動エネルギーの和が一定で保存される．原子核の周りに存在する電子の運動も，エネルギー保存則を元に，量子力学的に解く．