【物理エンジン】永久機関はなぜできないのか?その1【第一種永久機関】 - YouTube
よぉ、桜木健二だ。熱力学第一法則の話は理解したか?第一種永久機関は絶対ないだろう・・・というのはいいか? 熱現象というのはとらえどころがないように思えて、熱力学ってなんだかアバウトじゃね?なんて思ってるキミ。この記事を読んで熱力学は非常に精緻にできていることをわかってくれ。 じゃあ、熱効率と熱力第第二法則、第二種永久機関についてタッケさんと解説していくぞ。 解説/桜木建二 「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。 ライター/タッケ 物理学全般に興味をもつ理系ライター。理学の博士号を持つ。専門は物性物理関係。高校で物理を教えていたという一面も持つ。第1種永久機関が不可能なのは子供でもわかるレベルだが、第2種永久機関は熱力学第1法則に反していないのでわかりにくい。真剣に研究している人もいるとのこと。 熱効率と永久機関 image by iStockphoto 熱効率とはどのようなものでしょうか?
永久機関とは?夢が広がる?でも実現は不可能なの? ここでは永久機関とはどんなものなのかについてご説明したいと思います。そして理論的に実現可能であるかを熱力学の観点から検証していきたいと思います。 永久機関とは?外部からエネルギーを受け取らず仕事を行い続ける装置? 永久機関とは「外部から一切のエネルギーを受け取ることなく仕事し続けるもの」を指します。つまり永久機関が一度動作を始めると、外部から停止させない限り一人で永遠に動作し続けるのです。 永久機関には無からエネルギーを生み出す「第一永久機関」と、最初にエネルギーを与えそれを100%ループさせ続ける「第二永久機関」の2つの考え方が存在します。 なお、「仕事」というのは「他の物体にエネルギーを与える」ことを指します。自分自身が運動しつづける、というのは仕事をしていないので永久機関とは呼べません。 永久機関の種類?第一種永久機関とは?熱力学第一法則に反する? 第一種永久機関とは - コトバンク. はじめに第一永久機関についてご説明します。これは自律的にエネルギーを作り出し動作するような装置を意味しています。しかしこれは熱力学第一法則に反することが分かっています。 熱力学第一法則とは「エネルギー保存の法則」と呼ばれるものであり、「エネルギーの総量は必ず一定である」というものです。つまり「自律的に(無から)エネルギーを作り出す」ことはできないのです。 「坂道に球を置けば何もしなくても動き出すじゃん」と思う方もいるかもしれません。しかしこれは球の位置エネルギーが運動エネルギーに変換されているだけであり、エネルギーを作り出してはいません。 第二種永久機関は熱力学第一法則を破らずに実現しようとしたもの? 前述のとおり「自律的にエネルギーを作り出す」ことは熱力学第一法則によって否定されました。そこで次の手段として「エネルギー効率100%の装置」を作り出そうということが考えられます。 つまり、「装置が動き出すためのエネルギーは外部から供給する。そのエネルギーを使って永久に動作する装置を考える」というものです。これならば熱力学第一法則に反することはありません。 エネルギーの総量は一定というのが熱力学第一法則なので、仕事によって吐き出されたエネルギーを全て回収して再投入することで理論的には永久機関を作ることができるはずです。 第二種永久機関の否定により熱力学第二法則が確立された?
超ざっくりまとめると熱力学第二法則とは 【超ざっくり熱力学第二法則の説明】 熱の移動は「温度の高い方」から「温度の低い方」へと移動するのが自然。 その逆は起こらない。 熱をすべて仕事に変換するエンジンは作れない。 というようにまとめることができます。 カマキリ この2つを覚えておけば何とかなるでしょう! 少々言葉足らずなところがありますが、日常生活に置き換えて理解するのには余計な言葉を付けると逆にわからなくなってしまいますので、まあ良いでしょう。 (よく「ほかに何も変化を残さずに・・・」という表現がかかれているのですが、最初は何言ってるのかわかりませんでした・・・そのあたりも解説を付けたいと思います。) ここまでで何となく理解したって思ってもらえればOKです。 これより先は少々込み入った話になりますが、 上記の2つの質問 に立ち返って読んでもらえればと思います('ω') なぜ、熱力学第二法則が必要なのか? 熱力学は「平衡状態」から「別の平衡状態」への変化を記述する学問であります。 熱力学第一法則だけで十分ではないかと思うかもしれませんが、 熱力学第一法則を満たしていても(エネルギーが保存していても)、 何から何への変化が自然に起こるのか? 自然界でその変化は起こるのか、起こらないのか? その区別をしてくれるものではなりません。 これらの区別を与える基準になる法則が、 熱力学第二法則 なのです。 カマキリ こんな定性的じゃなくて、定量的に表現してくれよ!! 【物理エンジン】永久機関はなぜできないのか？その１【第一種永久機関】 - YouTube. そう思ったときに登場するのが、 エントロピー です! エントロピーという名前は、専門用語すぎるにも関わらず結構知られている概念です。 「その変化は自然に起こるのかどうか・・・?」を定量的に表現するための エントロピー という量です。 エントロピーは、「不可逆性の度合」「乱雑さの度合い」など実にわかりにくい意味合いで説明されていますが、 エントロピーは個人的には「その変化は自然に起こるのかどうか・・・? 」を評価してくれる量であるのが熱力学でのエントロピーの意味だと思っています。 エントロピーについて話し始めるとそれだけで長くなりそうなのでここでは、割愛します_(. _. )_ 勉強が進んだら記事にします! エントロピーの話はさておき、 「自然に起こる状態」というのを表現するのに、何を原理として認めてやるのが良いのか?
241 ^ たとえば、 芦田(2008) p. 73など。 ^ カルノー(1973) pp. 46-47 ^ 田崎(2000) pp. 87-89 ^ 山本(2009) 2巻pp. 241-243 ^ ただし、この証明は厳密ではない。というのも、熱機関の効率は低温源の温度によっても変化するが、1, 2の動作を順に行ったとき、1の動作で仕事に使われなかった熱 が低温源に流れるため、低温源の温度が変化してしまうからである。そのためこの証明には、「温源の熱容量が、動作1や2によって変化する熱量が無視できる程度に大きい場合」という条件が必要になる。すべての場合に成り立つ厳密な証明としては、複合状態におけるエントロピーの原理を利用する方法がある。詳細は 田崎(2000) pp. 252-254を参照。 ^ この証明方法は 田崎(2000) pp. 80-82によった。ただし同書p. 81にあるように、この証明の、「カルノーサイクルと逆カルノーサイクルで熱が相殺されるので低温源での熱の出入りが無い」としている箇所は、直観的には正しく思えるが厳密ではない。完全な取り扱いは同書pp. 242-245にある。 ^ 芦田(2008) pp. 65-71 ^ カルノー(1973) p. 54 ^ 山本(2009) 2巻pp. 262-264, 384 ^ 山本(2009) 3巻p. 21 ^ 山本(2009) 3巻pp. 44-45 ^ 高林(1999) pp. 221-222 ^ 高林(1999) p. 223 参考文献 [ 編集] 芦田正巳『熱力学を学ぶ人のために』オーム社、2008年。 ISBN 978-4-274-06742-6 。 カルノー『カルノー・熱機関の研究』 広重徹 訳、解説、みすず書房、1973年。 ISBN 978-4622025269 。 高林武彦 『熱学史 第2版』海鳴社、1999年。 ISBN 978-4875251910 。 田崎晴明『熱力学 -現代的な視点から-』培風館、2000年。 ISBN 978-4-563-02432-1 。 山本義隆 『熱学思想の史的展開2』ちくま学芸文庫、2009年。 ISBN 978-4480091826 。 山本義隆『熱学思想の史的展開3』ちくま学芸文庫、2009年。 ISBN 978-4480091833 。 関連項目 [ 編集] カルノーの定理 (幾何学):同名の定理であるが、本項の定理とは直接的な関連はない。発見者の ラザール・ニコラ・マルグリット・カルノー は、サディ・カルノーの父親である。
永久機関には、第一種永久機関と第二種永久機関の2種類があることを知っていますか? 「永久機関はエネルギー保存則に反するので存在しない」 そう思っている人が多いと思いますが、第二種永久機関はエネルギー保存則には反していない永久機関です。 今回は、この第二種永久機関について説明してみたいと思います。 目次 第一種永久機関とは何か まずは、第一種永久機関から説明しておきましょう。 第一種永久機関は、何もないところからエネルギーを生み出すものです。 これは、エネルギー保存則に反しているので実現が不可能です。 永久機関と聞いて普通に想像するのは、この第一種永久機関ではないでしょうか? 第二種永久機関とは何か 第二種永久機関は次のように表すことができます。 「 ひとつの熱源から熱を奪って仕事に変える機関 」 簡単に言うと、熱を(熱以外の)エネルギーに変える装置です。 熱エネルギーを他のエネルギーに転換するだけなので、エネルギー保存則を破っていません。 どこが永久機関なのか? これがなぜ永久機関になるのでしょうか? 第二種永久機関を搭載した自動車を考えてみましょう。 この自動車は周囲の熱を奪って、そのエネルギーで走ります。 周囲の空間は熱を奪われるので、温度が下がるでしょう。 でも自動車はどんどん動いていって、その時点での周りの空気から熱を奪うことで走り続けることができます。 エネルギーを補充することなく、いくらでも走ることができるのです。 本当に永久機関なのか? でも、それを永久と言ってもいいのか、疑問を持つ人もいるかもしれません。 この装置を動かすと、地球上の温度がどんどん下がっていき、もし絶対零度まで下がるとそれ以上走ることはできないように思えるからです。 膨大なエネルギーには違いありませんが、永久とは言えない気がします。 自動車にエネルギー補充が必要な訳 自動車が走行するにはエネルギーが必要ですが、どうしてエネルギーが必要になるのでしょう。 動いているものは動き続けるという性質(慣性の法則)があります。 少なくとも直線なら、最初にエネルギーを使って動かせば、その後はエネルギーは必要ないはずです。 それでもエネルギーを補充し続けなければならない理由は摩擦です。 タイヤと地面の摩擦、車体と空気の摩擦、自動車内部の駆動部の摩擦、それによって失われるエネルギーを補充しないと走り続けることはできません。 ブレーキを踏んだとき減速するのも、ブレーキバットをつかって摩擦を起こすからです。 自動車の運動エネルギーが摩擦によって失われた分だけエネルギーの補充が必要なのです。 自動車もシステムに組み込んでみる もう大体わかってきたのではないでしょうか?
と思われた皆さん。物理学とはこの程度のものか?と思われた皆さん。 では、この当たり前はなぜだか説明できますか? この言わんとする事はあまりにも我々の生活に深く馴染みがあるためにだれも、疑問にさえ思わないでしょう。 しかし、天才の思考は違うのです。 例えば、振り子を考えると、振り子はいったりきたりの振動を繰り返します。 摩擦や空気抵抗等でエネルギーを失われなければ、多分永遠に運動し続けるでしょう。 科学者たちは、熱の出入りさえなければ、他の物理現象ではこのようにいったり来たりは可能であるのに、なぜ熱現象だけが一方通行なのか?という疑問を持ったのです。 次のページを読む
仕事などで毎日が忙しく、十分に咀嚼せず、食物を早く飲み込み、食事のスピードが速いという人は多い。しかし、早食いは体に悪影響をもたらすので注意が必要だ。早食いが原因で肥満になったり、血糖変動が大きくなり糖尿病リスクが上昇するという研究が発表された。 食事に15分以上かけることが必要 早食いをすると肥満や2型糖尿病のリスクが上昇するのは、脳の満腹中枢が関係しているからだ。満腹中枢は、脳の視床下部にある器官のひとつで、摂取した食物に反応して体に満腹感を知らせる。 食べ物を摂取すると血液中のブドウ糖(血糖)の量が増加し、血糖値が上昇する。満腹中枢がこれを感知し、「これ以上食べる必要ない」と体に伝える。もしも満腹中枢が正常に機能しないと、どれだけ食べても満腹感を得られなくなる。 さらに満腹中枢は交感神経の中枢でもあるので、よく噛んで食べることで脳のヒスタミン神経系が活性化されると、交感神経を経由して内臓脂肪が燃焼しやすくなる。 満腹中枢が血糖値の上昇を感知するまでに約15分かかるとされている。食べ過ぎを改善するためには、最低でも15分以上かけて食事をすることが大切だ。 食欲を抑えられないのはなぜ?
噛みごたえのある食材やメニューを増やす 農林水産省のページ では、噛みごたえのある食材やメニューを増やす対策が紹介されている。やわらかく、軽く噛めば飲み込めてしまうものは、噛むことを意識しにくい。 噛む回数は、パンや麺よりご飯、ご飯は白米より玄米飯、ハンバーグよりしょうが焼き、刺身はマグロよりタコ、里芋の煮物より根菜の煮物のほうが増えるそうだ。 2. できるだけ「ながら食べ」をしない また、同じ農林水産省のページでは、デスクでパソコンを操作しながら、テレビや新聞を見ながらでは、食事や噛むことに集中できないとしている。ビジネスパーソンは、仕事でパソコンやスマートフォンを見ながら食べがちだが、食べることに集中するのも一つの方法だ。 3. 調理方法を工夫する 横浜・中川駅前歯科クリニックの二宮威重先生によれば、調理方法を工夫すると噛む回数が増えるという。 例えば切り方。きゅうり、にんじん、ピーマンしいたけ、油揚げなどの食材は大きく乱切りに。肉は薄切りではなく厚切りに。 加熱の仕方もポイントだ。野菜は煮るよりも生、つまり加熱時間が短いほど噛む回数が増える。一方で、魚や肉は加熱するほど硬くなり、じっくり煮込むと逆にやわらかくなるそうだ。 味付けも重要。濃い味付けよりも薄味のほうが、味がするまで噛み続けるので、噛む回数が増えるという。 4. よく噛んで食べるクセはこうして習慣化！ 肥満予防やむし歯予防にも | 読む栄養補給 NU+（ニュータス） by 日本栄養士会. 一口のサイズやスプーンなどは小さめにする また二宮先生によると、一口のサイズを小さめにしたり、スプーンやフォークを使うときは、大きめのものよりも小さめのものを使ったりするのも噛む回数を増やすという。 5. 一旦箸を置く 一旦、口に食べものを入れたら、30回噛むまで箸を置くのも良いといわれる。 これらの噛む回数を増やす工夫を実践しながら、一口、30回噛むのを目標にしてみよう。 毎日の積み重ねにより、将来長きにわたって健康・理想の体型を維持できるはずだ。 【監修】 歯科医師 二宮 威重先生 東京歯科大学を卒業後、2000年に中川駅前歯科クリニックを開業。一般的な歯科治療だけでなく、味覚障害、舌痛症、など、口の健康に関する様々な治療を行う。「情報プレゼンター とくダネ!」、「報道ステーションSUNDAY」、「Nスタニュースワイド」、「グッド!モーニング」など、多数のメディアに掲載、出演。 取材・文/石原亜香利
2分から7. 2分に延長しました 。一見楽しそうに見えても、職場での関係性から「ペースを合わせようとした」「同席者の食事の進み具合が気になった」「できれば同席したくない」といったように、相手との人間関係が食べ方に及んでいると考えられます。 このように、環境が食事のスピードにも影響を与えているということが分かりました。 病院で入院している患者さんにとっては、ゆっくり食べて安全に飲み込むことは、自分の命を守るための手段でもあります。食器をどういう風に分けるか、音楽をかけるかどうか、食べ物の温度、そして誰と一緒に食べるか等、環境因子を考慮することは、とても大切なことです。 入院をされていない皆さんも、この話は関係ないわけではありません。早食いが気になるあなた、そして大切な人にゆっくり食べてもらいたい方、ぜひ食べる前に一度 食べるときの環境を整えることを意識してみてくださいね。 文責:聖路加国際大学看護学部4年 松井晴菜 参考・引用 文献/ URL: ・菱沼典子・川島みどり編集(2013), 看護技術の科学と検証第2版―研究から実践へ、実践から研究へ―, 株式会社 日本看護協会出版, p165-p167 ・齋藤やよい(1997), 食事摂取に伴う循環動態の評価(その2), 看護管理, 7(5), p382-p389
「30回以上、よく噛みなさい」。よく耳にする言葉だが、そういわれても、30回も噛んでいられない忙しいビジネスパーソンは多いのではないだろうか。 しかし、よく噛むことは肥満予防や生活習慣病予防、虫歯予防にもなるといわれることから、健康長寿のためにもぜひ習慣付けたい。そこで今回は、よく噛むことが苦手な人に向け、歯科医師監修のもと、よく噛むことが実践できるようになるコツを紹介する。 よく噛むとなぜいいのか まず、よく噛むことを習慣付ける前に、よく噛むことのメリットを知っておきたい。主なメリットを挙げる。 ●よく噛むと肥満予防になる 厚生労働省の「平成21年国民健康・栄養調査」結果では、食べる速さを体型別にみると、肥満(BMI25以上)の男性は、速いと回答した人が63.
3±2. 5分でたべ、28. 2±7. 9回口に運び、382. 5±68. 3回咀嚼し、43名(25.
2歳)を対象に調査。ふだんの食事をとる速さによって、参加者を3つのグループに分けた。調査は5年間継続して行われた。 その結果、早食いの習慣のある人がメタボを発症した割合は11. 6%で、ゆっくり食べる人の2. 3%、普通の人の6. 5%よりも高いことが判明した。早食いは、体重の増加、血糖値の上昇、腹囲周囲径の増加と関連していることも判明した。 メタボリックシンドロームを予防するために、ゆっくりと食事をするよう、生活スタイルを変えていくことが大切だ。 糖尿病の肥満予防に「ゆっくり食べる」ことが効果的 九州大学が2型糖尿病の日本人約6万人を対象とした研究でも、食事の速度が肥満やBMIに影響することが示された。速く食べる人ほどBMIや腹囲が上昇するという 研究は、九州大学大学院医学研究院の福田治久氏らによるもので、医学誌「ブリティッシュ メディカル ジャーナル」のオンライン版に発表された。 研究チームは、調査期間中に2型糖尿病と診断された日本人5万9, 717人を対象に、食べる速度と体重の増減との関連を調べた。日本医療データセンター(JMDC)が作成した健康保険組合の実施した健康診断のデータベースを利用した。 解析した結果、食べる速度が速い人は全体の37. 6%(22 070)、普通の人は55. 4%(33 455)、ゆっくりの人は6. 9%(4192)であることが判明した。 BMI(体格指数)は身長と体重から算出され、体重が適正範囲内かどうかを判断する際に用いられる。BMIが25以上の肥満の割合は、食べる速度が速い人では44. 8%、普通の人では29. 6%、ゆっくりの人では21. 5%で、食べる速度がゆっくりであるほど肥満の割合は少なくなることが明らかになった。 ゆっくり食べると糖尿病と肥満のリスクは減少 食べる速度はウエスト周囲径にも影響する。ウエスト周囲径の平均は、食べる速度が速い人では86. 8cm、普通の人では82. 8cm、ゆっくりの人では80. 1cmで、食べる速度がゆっくりであるほど、お腹周りも引き締まることが分かった。 また、就寝の2時間前までに夕食を食べている人の割合は、食べる速度が速い人では43. 3%、普通の人では33. 4%、ゆっくりの人では36.
早食いは肥満の原因。ゆっくり食べるってどういうこと?