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

• 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。