熱力学の基礎I―系の種類

🧠 熱力学系thermodynamic system 熱力学系（thermodynamic system）thermodynamic system（熱力学系） と外界を境界で分ける。 孤立系isolated system 孤立系（isolated system）isolated system（孤立系） は物質もエネルギーも交換しない。

系と外界の境界

孤立系isolated system 孤立系（isolated system）isolated system（孤立系） は物質もエネルギーも、閉鎖系は物質を交換せずエネルギーを、開放系は両方を交換できる。境界をどこに置くかで同じ対象の分類が変わるため、まず系と外界を宣言する。

物質・エネルギー交換による分類

閉鎖系はエネルギーのみ、開放系は物質とエネルギーを交換する。

flowchart TD
  A["系と外界の境界"] --> B
  B["物質・エネルギー交換による分類"] --> C
  C["閉鎖系はエネルギーのみ、開放系は物質とエネルギーを交換する"] --> D
  D["生体を開放系として捉える"]

生体を開放系として捉える

孤立系isolated system孤立系（isolated system）isolated system（孤立系）・閉鎖系・開放系の違いは、境界を越えて物質とエネルギーのどちらを交換できるかにある。系の大きさや平衡状態は示量変数extensive variable 示量変数（extensive variable）extensive variable（示量変数） と示強変数 intensive variable示強変数（intensive variable） intensive variable（示強変数）で記述し、境界を越える熱と仕事は内部エネルギーinternal energy 内部エネルギー（internal energy）internal energy（内部エネルギー） 変化の収支 net yield 収支（net yield） net yield（収支） へ組み込む。

人体は物質・熱・仕事を環境と交換する開放系である。生体は栄養・酸素・熱・代謝産物metabolite 代謝産物（metabolite）metabolite（代謝産物） を交換する開放系であり、平衡ではなく定常状態として扱うことが多い。

まとめ

生物を含む系の熱力学では、保存則とエントロピー・自由エネルギーfree energy 自由エネルギー（free energy）free energy（自由エネルギー） の制約 Limitations 制約（Limitations） Limitations（制約） を同時に扱う。¹²

• 熱力学系thermodynamic system 熱力学系（thermodynamic system）thermodynamic system（熱力学系） は周囲から境界で区切った領域である。孤立系isolated system 孤立系（isolated system）isolated system（孤立系） は物質もエネルギーも交換しない。
• 閉鎖系はエネルギーのみ、開放系は物質とエネルギーを交換する。
• 人体は物質・熱・仕事を環境と交換する開放系である。