こんにちは、物理学科のしば (@akahire2014) です。 大学の熱力学の授業で熱力学第二法則を学んだり、アニメやテレビなどで熱力学第二法則という言葉を聞くことがあると思います。 でも熱力学は抽象的でイメージが湧きづらいのでなかなか理解できないですよね。 そんなあなたのために熱力学第二法則について画像を使って詳細に解説していきます。 これを読めば熱力学第二法則の何がすごいのか理解できるはず。 熱力学第二法則とは? なんで熱力学第二法則が考えらえたのか?
278-279. ^ 早稲田大学第9代材料技術研究所所長加藤榮一工学博士の主張 関連項目 [ 編集] 熱力学 熱力学第零法則 熱力学第一法則 熱力学第三法則 統計力学 物理学 粗視化 散逸構造 情報理論 不可逆性問題 H定理 最大エントロピー原理 断熱的到達可能性 クルックスの揺動定理 ジャルジンスキー等式 外部リンク [ 編集] 熱力学第二法則の量子限界 (英語) 熱力学第二法則の量子限界第一回世界会議 (英語)
J Simplicity HOME > Report 熱力学 > Chapter3 熱力学第二法則(エントロピー法則) | << Back | Next >> | Chapter3 熱力学第二法則(エントロピー法則) Page Top 3. 1 熱力学第二法則 3. 2 カルノーの定理 3. 3 熱力学的絶対温度 3. 4 クラウジウスの不等式 3. 5 エントロピー 3. 6 エントロピー増大の法則 3. 7 熱力学第三法則 Page Bottom 理想的な力学的現象において,理論上可逆変化が存在することは,よく知られています.今まで述べてきたように,熱力学においても理想的な可逆的準静変化は理論上存在します.しかし,現実の世界を考えてみましょう.力学的現象においては,空気抵抗や摩擦が原因の熱の発生による不可逆的な現象が大半を占めます.また,熱力学においても熱伝導や摩擦熱等,不可逆的な現象がほとんどです.これら不可逆変化に関する法則を熱力学第二法則といいます.熱力学第二法則は3つの表現をとります.ここで,まとめておきます. 法則3. 1(熱力学第二法則1(クラウジウスの原理)) "外に何も変化を与えずに,熱を低温から高温へ移すことは不可能です." 法則3. 2(熱力学第二法則2(トムソンの原理)) "外から熱を吸収し,これを全部力学的な仕事に変えることは不可能です. (第二種永久機関は存在しません.熱効率 .)" 法則3. 熱力学の第一法則 説明. 3(熱力学第二法則3(エントロピー増大の法則)) "不可逆断熱変化では,エントロピーは必ず増大します." 熱力学第二法則は経験則です.つまり,日常的な経験と直観的に矛盾しない内容になっています.そして,他の物理法則と同じように,多くの事象から帰納されたことが根拠となって,法則が成立しています.トムソンの原理において,第二種永久機関とは,外から熱を吸収し,これを全部力学的な仕事に変える機関のことをいいます.つまり,第二種永久機関とは,熱力学第二法則に反する機関です.これが実現すると,例えば,海水の内部エネルギーを吸収し,それを力学的仕事に変えて航行する船をつくることができます.しかし,熱力学第二法則は,これが不可能であることを言っています. エントロピー増大の法則については,この後のSectionで詳しく取り扱うことにして,ここではクラウジウスの原理とトムソンの原理が同等であることを証明しておきましょう.証明の方法として,背理法を採用します.まず,クラウジウスの原理が正しくないと仮定します.この状況でカルノーサイクルを稼働し,高熱源から の熱を吸収し,低熱源に の熱を放出させます.このカルノーサイクルは,熱力学第一法則より, の仕事を外にします.ここで,何の変化も残さずに熱は低熱源から高熱源へ移動できるので, だけ移動させます.そうすると,低熱源の変化が打ち消されて,高熱源の熱 が全部力学的な仕事になることになります.つまり,トムソンの原理が正しくないことになります.逆に,トムソンの原理が正しくないと仮定しましょう.この状況では,低熱源の は全て力学的仕事にすることができます.この仕事により,逆カルノーサイクルを稼働することにします.ここで,仕事は全部逆カルノーサイクルを稼働することに使われたので,外には何の変化も与えません.低熱源から熱 を吸収すると,1サイクル後, の熱が低熱源から高熱源に移動したことになります.つまり,クラウジウスの原理は正しくないことになります.以上の議論により,2つの原理の同等性が証明されたことになります.
4) が成立します.(3. 4)式もクラウジウスの不等式といいます.ここで,等号の場合は可逆変化,不等号の場合は不可逆変化です.また,(3. 4)式で とおけば,当然(3. 2)式になります. (3. 4)式をさらに拡張して, 個の熱源の代わりに連続的に絶対温度が変わる熱源を用意しましょう.系全体の1サイクルを下図のような閉曲線で表し,微小区間に分割します. Figure3. 4: クラウジウスの不等式2 各微小区間で系全体が吸収する熱を とします.ダッシュを付けたのは不完全微分であることを示すためです.また,その微小区間での絶対温度を とします.ここで,この絶対温度は系全体のものではなく,熱源の絶対温度であることに注意しましょう.微小区間を無限小にすると,(3. 4)式の和は積分になり,次式が成立します. ( 3. 5) (3. 5)式もクラウジウスの不等式といいます.等号の場合は可逆変化,不等号の場合は不可逆変化です.積分記号に丸を付けたのは,サイクルが閉じていることを表すためです. 下図のような グラフにおける状態変化を考えます.ただし,全て可逆的準静変化であるとします. Figure3. 5: エントロピー このとき, ここで,変化を逆にすると,熱の吸収と放出が逆になるので, となります.したがって, が成立します.つまり,この積分の量は途中の経路によらず,状態 と状態 だけで決まります.そこで,ある基準 をとり,次の積分で表される量を定義します. は状態だけで決定されるので状態量です.また,基準 の取り方による不定性があります.このとき, となり, が成立します.ここで,状態量 をエントロピーといいます.エントロピーの微分は, で与えられます. 「熱力学第一法則の2つの書き方」と「状態量と状態量でないもの」｜宇宙に入ったカマキリ. が状態量なので, は完全微分です.この式を書き直すと, なので,熱力学第1法則, に代入すると, ( 3. 6) が成立します.ここで, の理想気体のエントロピーを求めてみましょう.定積モル比熱を として, が成り立つので,(3. 6)式に代入すると, となります.最後の式が理想気体のエントロピーを表す式になります. 状態 から状態 へ不可逆変化で移り,状態 から状態 へ可逆変化で戻る閉じた状態変化を考えましょう.クラウジウスの不等式より,次のように計算されます.ただし,式の中にあるRevは可逆変化を示し,Irrevは不可逆変化を表すものとします.
の熱源から を減らして, の熱源に だけ増大させる可逆機関を考えると, が成立します.図の熱機関全体で考えると, が成立することになります.以上の3つの式より, の関係が得られます.ここで, は を満たす限り,任意の値をとることができるので,それを とおき, で定義される関数 を導入します.このとき, となります.関数 は可逆機関の性質からは決定することはできません.ただ,高熱源と低熱源の温度差が大きいほど熱効率が大きくなることから, が増加すると の値も増加するという性質をもつことが確認できます.関数 が不定性をもっているので,最も簡単になるように温度を度盛ることを考えます.すなわち, とおくことにします.この を熱力学的絶対温度といいます.はじめにとった温度が摂氏であれ,華氏であれ,この式より熱力学的絶対温度に変換されることになります.これを用いると, が導かれ,熱効率 は次式で表されます. 熱力学的絶対温度が,理想気体の状態方程式の絶対温度と一致することを確かめておきましょう.可逆機関であるカルノーサイクルは,等温変化と断熱変化を組み合わせたものであった.前のChapterの等温変化と断熱変化のSectionより, の等温変化で高熱源(絶対温度 )からもらう熱 は, です.また,同様に の等温変化で低熱源(絶対温度 )に放出する熱 は, です.故に,カルノーサイクルの熱効率 は次のように計算されます. 熱力学の第一法則 エンタルピー. ここで,断熱変化 を考えると, が成立します.ただし, は比熱比です.同様に,断熱変化 を考えると, が成立します.この2つの等式を辺々割ると, となります.最後の式を, を表す上の式に代入すると, を得ます.故に, となります.したがって,理想気体の状態方程式の絶対温度と,熱力学的絶対温度は一致することが確かめられました. 熱力学的絶対温度の関係式を用いて,熱機関一般に成立する関係を導いてみましょう.熱力学的絶対温度の関係式より, となります.ここで,放出される熱 は正ですが,これを負の が吸収されると置き直します.そうすると,放出される熱は になるので, ( 3. 1) という式が,カルノーサイクルについて成立します.(以降の議論では熱は吸収されるものとして統一し,放出されるときは負の熱を吸収しているとします. )さて,ある熱機関(可逆機関または不可逆機関)が絶対温度 の高熱源から熱 をもらい,絶対温度 の低熱源から熱 をもらっているとき,(つまり,低熱源には正の熱を放出しています.
ここで,不可逆変化が入っているので,等号は成立せず,不等号のみ成立します.(全て可逆変化の場合には等号が成立します. )微小変化に対しては, となります.ここで,断熱変化の場合を考えると, は です.したがって,一般に,断熱変化 に対して, が成立します.微小変化に対しては, です.言い換えると, ということが言えます.これをエントロピー増大の法則といい,熱力学第二法則の3つ目の表現でした.なお,可逆断熱変化ではエントロピーは変化しません. 統計力学の立場では,エントロピーとは乱雑さを与えるものであり,それが増大するように不可逆変化が起こるのです. J Simplicity 熱力学第二法則（エントロピー法則）. エントロピーについて,次の熱力学第三法則(ネルンスト-プランクの定理)が成立します. 法則3. 4(熱力学第三法則(ネルンスト-プランクの定理)) "化学的に一様で有限な密度をもつ物体のエントロピーは,温度が絶対零度に近づくにしたがい,圧力,密度,相によらず一定値に近づきます." この一定値をゼロにとり,エントロピーの絶対値を定めることができます. 熱力学の立場では,熱力学第三法則は,第0,第一,第二法則と同様に経験法則です.しかし,統計力学の立場では,第三法則は理論的に導かれる定理です. J Simplicity HOME > Report 熱力学 > Chapter3 熱力学第二法則(エントロピー法則) | << Back | Next >> |
その他の回答(5件) それは人として当然の事だ。だから今のありのままの自分を許してやれ、理想があるならそのうえで実現していけばいい、少しずつ、現実的な範囲で 3人 がナイス!しています 私は心理学に詳しいのでその方面から書かせていただきます。長文お許しください。 あなたは「自分はだめだ」「価値がない人間だ」って思うことはないでしょうか?世間には色々な人がいて他の人がどうしてもあなたよりすぐれているように思えてますね? 心の中で「自分はだめだ」って思ってると心というのはそれが本当のことだと思い込んでしまって、あなたのような悩みが出てくるんですよ。 なので「自分は自分のままで大丈夫」って反対のことを自分に言います。でもこういっても「そう思ってないのに言えない!!」って思うでしょう?
その原因はたった一つ。 「相手の立場で物事を考えていないから」 です。仕事がデキる人は、 上司・部下・同僚など、たくさんの目線を持っています。 例えばこの場合、上司のスケジュールを把握しておくことで事前に決裁をもらっておくことが必要だったでしょう。「直帰します」と、急な連絡があった場合には対応が難しいかもしれませんが、その場合でも何とかフォローする手立てを持って上司に相談することになったでしょう。いずれにしても、相手の立場に立って物事を考える、行動ができることが、「仕事がデキる」一つの特徴なのかもしれません。 同じ"事実"でも、立場や考え方によって捉え方が変わる ここで少し本筋とは外れてしまいますが、わかりやすい事例を1つ紹介します。 「A部長はクライアントB社と、接待で飲んだり、ゴルフに行く」 この"事実"に対して、たとえばあなたがA部長の部下だった場合、どう捉えるでしょうか? 心に余裕がありません。自分の事しか考えられない自分が嫌いです。 ... - Yahoo!知恵袋. 私が新入社員だった頃は、「自分は業務に追われて残業だらけなのに、その間A部長は会社の金で飲んで、休みの日はゴルフ。うらやましい。」と内心思っていました。しかし、自分が上司になり、同じ"事実"が起こったとき、「残業せずに接待!いつも楽しいな~!」とは、ちっとも思わなかったのです。 「接待続きで夜も遅いし、日曜はゴルフ。接待相手の話を聞き続け、機嫌をとって酒を作り、酔うこともできない。ゴルフといっても適当に負けなきゃならないし、家族との時間をもっと作りたい。残業していた方が10倍楽だった…」と感じたのでした…。 他にも、目線が異なることで、こんな捉え方のズレが生じているのではないでしょうか? 【昇進前】課長は部長の顔色ばかりうかがって仕事をしている。部下のことを考えてくれていない。 【昇進後】部下の起案した企画を通すためにも、今上司が何を求めているのか、きちんと把握しなければ…。これが「上司の顔色ばかり見てる」ように部下だったころには感じていたんだな…。 【昇進前】マネージャーは部下である自分の気持ちを分かってくれない。ちゃんと見てくれてない! 【昇進後】マネージャーとして、たくさんの部下に指示を出すだけじゃなく、プレイヤーとしてお客様にも対応しなければ…。とんでもなく忙しかったんだな。 【昇進前】上司は指示をするだけ。エアコンの効いた職場でデスクに座っていていいな。 【昇進後】日々決断の連続。部下の失敗に対して責任を取る立場。営業で外回りしていた方が正直楽だったな…。 このように、 「立ち位置」が変われば事実に対する捉え方も変わってくるのです。 昇進前の部下のときから、「上司はこんなに大きな決断や責任を求められているんだ」「だから僕らに細かく詰めているんだな」など、上司の目線を持っていれば、もっとスムーズに仕事ができていたかもしれません。 とは言え、自分以外の立場で物事を考えることは難しい。ではどうすればいいか?
ジェイソンさんの回答は、厳しいようでいて前向きな精神にあふれています。例えば、日本社会では"失敗=悪"となりがちですが、それは違うと断言します。 「失敗は、正しいやり方を試している過程なんです。唯一の失敗は、欲しかった結果を得る前にあきらめること。また本の中でも言っていますが、"自分の意見が間違っていたら恥ずかしい"と日本人は思うようですが、ちゃんと理由があれば、間違っていようがいまいが、恥ずかしくないんです。間違いが直れば、それは成長なんです」 では、周りに合わせすぎて自信がない日本人は、どうやったら自己肯定感を育てられるのでしょうか? 「これも本の中で話しているのですが、まずは簡単なことを達成することから、始めてみるのがいいと思います。ダイエットでも、"今月中に10キロやせる! "なんて宣言して、実行するのは無理ですよね。だから、"今日は5分だけ運動しよう"と決めるんです。ほとんどの人が5分なら身体を動かせるはずなので、"できた、じゃあ毎日5分やろう"と、自分の設定した目標達成に慣れていく。そして少しずつ目標を大きくしていけば、成功体験も大きくなり、徐々に自分を信じることができるんじゃないかな」 時間をかけてコツコツ積み上げていくのかと思いきや、そうでもないのだそう。 「初日にできたことで、もう達成感がありますから、時間はかからない。三日坊主になるのが怖い? 厚切りジェイソン「自分で考えられない人が日本人に多いのはWhy？」 | 週刊女性PRIME. うーん、ネガティブですね(笑い)。だって、みんな歯を毎日磨きますよね? 口の中に歯が残っている人は、何かが長くできる証拠! ほかのこともできるはずなので、この方法はきっとうまくいきますよ」 ちなみに、IT企業に勤めていながらも、SNSには懐疑的なのだそう。 「フェイスブックなどのSNSは、ニュースを広めたり、意見を発信したりにはいいんですけど、自慢大会のツールになっているのがちょっと。誰だって、カッコ悪い写真より、理想の写真をアップしますよね。そんな他人の最高の状態を、自分の最低の状態と比べてしまうのが、日本人がますます自信をなくす原因になっているのではないかな」 自分が100%正しいとは思っていないという謙虚な姿勢を持ちつつ、意見交換や討論をし合うことによって、いいアイデアが増えると言うジェイソンさん。自分を変える、考え方を変える、精神をリフレッシュさせるヒントに、一読の価値アリの1冊です。
4 hanako54 回答日時: 2007/05/19 18:23 小さい頃から御両親、特に母親が何でも先回りして やってこられたのではないでしょうか? ご自分で判断しなくても物事が済んでいたのでしょう。 私もやはり経験だと思います。 仮の話ですが、今 heavylemonさんの目の前にトラとかライオンとか とにかく何でもいいのですが、危険が襲ってきたとします。 どうしますか? どうしたらいいかわからない・・・と言ってジッとしてますか? なにはともあれ"逃げる"のではないでしょうか?
自分以外の立場で物事を考える方法 私の考える解決方法は、 普段から1つ上の役職(係長なら課長、課長なら部長など)になったつもりで仕事をすること です。 「A部長なら、こんなときどう解決するかな?」「A部長なら、部下の自分にどう伝えるかな?」と、常に想像しながら仕事をしてみてください。 1つ上の視点から"事実"を捉えれば、今とは違った見え方ができるはず です。 こうして上司や部下の対応を予測、自問自答し続けることで、問題点や不足を発見しやすくなり、自分に何が足りないかが自ずと見えてきます。 例えばあなたが営業担当者なら、営業課長のつもりで働いてみる。 今まで営業担当者として、自分に与えられた目標数値だけを追っていたけど、営業課長は、目標数値を追うだけでは許されないんだな。Cさんは目標を達成したのにDさんが出来ていないので、チームとしての底上げを考えなければならない。そもそも目標数値はどうやって設定されたのか? 課長は予算管理をするときに簿記の知識を使っているな。今の自分は簿記の知識はゼロ。昇進したときのことを考えて今月から簿記の勉強をはじめよう。営業課長は会議で発表しなくてはならない。プレゼン能力を磨くために「話し方教室」に行ってみよう。 成長しない人は、自分の立場だけを考えて仕事をします 。同僚同士で上司の悪口、不満をいうだけなので、仕事に対する意識も低くなりがちです。成長する人は、 「 上司ならどう対応するだろうか」と自問自答しながら考え 、改善しようとします。 上司も「私に聞く前に、この資料を見せたら上司は何と言うだろう、と考えてみたか?」と問い続ける。1つ上の目線を持たせ続けることが、チーム全体の視座を高めることにもつながるのです。 #残業しないチーム・残業だらけのチーム #石川和男 #リクナビNEXTジャーナル