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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. 熱力学第二法則 ふたつ目の表現「トムソンの定理」 | Rikeijin. 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。
「他に変化がないようにすることはできない? どの程度の変化があればできるんだ?」 「一部を低温熱源に捨てなければならない? 一部ってどれくらいだよ」 その通りです。何ひとつ、定量的な話がでていません。 「他に変化がないようにすることはできない」といっても、変化をいくらでも小さくできるのなら、問題ありません。 熱効率100%はできなくても、99. 999%が可能ならそれでいいのです。 熱力学第二法則は定量性がないものではありません。そんなものは物理理論とは呼べません。 ここまで紹介した熱力学第二法則の表現には、定量的なことは直接出てきていませんが、もう少し深く考えていくと、ちゃんと定量的な理論になります。 次回からは、その説明をしていきます。 「目からうろこの熱力学」前の記事: 熱力学第二法則は簡単? クラウジウスの定理
「エネルギー保存の法則に反するから」 これが答えのひとつです。 力学的エネルギー保存の法則だけなら、これで正解です。 しかし、熱力学第一法則で内部エネルギーを導入し、熱がエネルギー移動の一形態であることを知りました。 こうなると話は別です 。 床にボールが落ちているとします。 周囲の空気の内部エネルギーが熱としてボールに伝わり、そのエネルギーでいきなり動き出す(運動エネルギーに変わる)としたらどうでしょうか? エネルギー保存則(熱力学第一法則)には反していません 。 これは、動いているボールが摩擦で止まる(ボールの運動エネルギーが摩擦熱という形で周囲に移ること)の反対です。 摩擦があってもエネルギー保存則が満たされるよう になったのですから、当然 逆の現象もエネルギー保存則を満たす のです。 ◆止まっている車がいきなりマッハの速度で動き出す。 ◆大きな石がいきなり飛び上がって大気圏を飛び出す。 何でもありです。 それに応じた量の熱が奪われて、回りの温度が下がれば帳尻が合ってしまいます。 仕方ありません。 内部エネルギーというどこにでもあるエネルギーと、特別なことをしなくても伝わる熱というエネルギー移動方法を導入した代償です。 ですから、これを防止する新しい法則が必要です。それがトムソンの定理(熱力学第二法則)なのです。 よく、 物事はエネルギーが低い状態に向かう などと言います。 これは間違いです。 熱力学第一法則ではエネルギーは必ず保存します。 エネルギーが低い状態というもの自体がありません。 物事が変化する方向はエネルギーで決まっているのではなく、熱力学第二法則で決まっているのです。 エネルギーの質 「目からうろこの熱力学」の最初の記事「 ところでエネルギーって何?省エネ時代の必須知識「熱力学」を知ろう! 」で、 エネルギーの消費とは 、エネルギーが無くなることではなく、 エ ネルギーの質が落ちて使えなくなること だと説明しました。 トムソンの法則で、その意味が少し見えてきます。 エネルギーは一度熱として伝わると、仕事として(完全には)取り出せなくなる のです。 これが、エネルギーの質の劣化です。 力学的エネルギー保存の法則では、エネルギーの定義は「仕事をする能力」でした。これでは「仕事として使えないエネルギー」というものはあり得ません。 「 ところでエネルギーって何?省エネ時代の必須知識「熱力学」を知ろう!
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!! そう思ったときに登場するのが、 エントロピー です! 永久機関の研究から生じた「エントロピー」、その提唱者の偉大な業績とは？（ブルーバックス編集部） | ブルーバックス | 講談社. 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?
ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典 「第一種永久機関」の解説 第一種永久機関 だいいっしゅえいきゅうきかん perpetual engine of the first kind 効率 100%以上の仮想的な 装置 。加えた エネルギー 量より 多く の 仕事 (エネルギーと同じ) が得られるならば,無から 有 を生じて莫大な 利益 が得られるはずである。このような 願望 から,多くの人々によって巧妙な 機構 の 種 々の装置が 設計 ・ 製作 されたが,ついに成功しなかった。 19世紀中期に エネルギー保存則 が確立され,この種の装置を得る可能性が否定されて, 第二種永久機関 の製作に 努力 が向けられるようになっていった。 出典 ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典 ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典について 情報 ©VOYAGE MARKETING, Inc. All rights reserved.