出典: フリー多機能辞典『ウィクショナリー日本語版(Wiktionary)』 ナビゲーションに移動 検索に移動 日本語 [ 編集] 名詞 [ 編集] 第 一 種 永久機関 (だいいっしゅえいきゅうきかん) 外部 から何も 供給 することなく 仕事 をし 続ける ことができる 装置 。 関連語 [ 編集] 第二種永久機関 「 一種永久機関&oldid=503021 」から取得 カテゴリ: 日本語 日本語 名詞 日本語 物理学
どうやら、できないみたいです。 第二種永久機関が作れないという法則は、熱力学第二法則と呼ばれています。 この熱力学第二法則は、エネルギー保存則(熱力学第一法則)と同じくらい正しいとされている法則です。 どのくらい信用されている法則なのか、いくつか例を挙げてみましょう。 スタンレーの言葉 『 理系と文系の比較「二つの文化と科学革命」でC. P. スノーが語ったこと 』という記事でも引用したイギリスの天文学者 "サー・アーサー・スタンレー・エディントン" の言葉です。 あなたの理論がマクスウェルの方程式に反するとしても、その理論がマクスウェルの方程式以下であることにはならない。もしあなたの理論が実験結果と矛盾していても、実験の方が間違っていることがある。しかし、もしあなたの理論が熱力学第二法則に違反するのであれば、あなたに望みはない。 マクスウェルの方程式が間違っていることがあっても、熱力学第二法則が間違っていることはあり得ないという発言です。 特許法 特許法29条では、特許法における「発明」に該当しないものとして 「自然法則に反するもの」 を挙げています。 ここでいう自然法則とは何でしょう。 現在、物理の法則として知られているものが間違っている可能性はあります。 もし従来の物理の法則が間違っていて、その法則に反するものを発明したとしたら大発明です。 これを特許にしないというのは、不自然でしょう。 ですから、ここでいう「自然法則」は物理の法則全てではなく、間違いないと思われているものだけです。 その唯一の例として挙げられているのが「永久機関」です。 なぜそれほど信用されているのか? 第二種永久機関とは何か？ エネルギー保存則を破らない永久機関がある | ちびっつ. 熱力学がここまで信用されているのは、熱力学の正しさを示す検証結果が、莫大なことです。 わたしたちが普段目にする現象全てが、その証拠と言えるくらいです。 だからこそ、マクスウェルの悪魔や、ブラックホールなど、一見熱力学第二法則に反するようなものは、それを解消するための研究が続けられたのです。 そして、それらの問題も解決され、熱力学第二法則を脅かすものはなくなりました。 ≫マクスウェルの悪魔とは何か? わかりやすく簡単な説明に挑戦してみる ≫ブラックホールはブラックではない? ホーキング放射とは何か 学校で教えてくれないボイル=シャルルの法則 温度とは何なのか? 時計を変えた振り子時計 周期運動で時を刻んだ結果 この記事を書いた人 好奇心くすぐるサイエンスブロガー 研究開発歴30年の経験を活かして科学を中心とした雑知識をわかりやすくストーリーに紡いでいきます 某国立大学大学院博士課程前期修了の工学修士 ストーリー作りが得意で小説家の肩書もあるとかないとか…… 詳しくは プロフィール で
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! 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・・・? 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. 」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?
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こんにちは( @t_kun_kamakiri)。 本記事では、 熱力学第二法則 というのを話していきます。 ひつじさん 熱力学第二法則ってなんですか? タイトルの通り「わかりやすく」と自身のハードルを上げているのですが、 わかりやすいかどうかは日常生活に置き換えてイメージできるかどうかにかかっている と思っています。 熱力学第二法則と言ってもそれに関連する法則はいくつもの表現がされています。 少し列挙しておきましょう! ( 7つ列挙!! ) クラウジウスの原理 トムソンの原理(ケルビンの原理) カルノーの原理 第二種永久機関は存在しない 熱と仕事は非対称 クラウジウスの不等式 エントロピー増大則 全部は説明しきれないので、本記事では以下の内容に絞って書いていきます。 本記事の内容 クラウジウスの原理 トムソンの原理(ケルビンの原理) カルノーの原理 第二種永久機関は存在しない 熱と仕事は非対称 の解説をします(^^♪ 関連する法則が7つ あったり・・・ 結局何を覚えておくのが良いのかわかりずらいもの熱力学第二法則の特徴のひとつです。 ご安心を(^^)/ 全部、同値な法則なのです。 まずは、熱力学第二法則を理解する2つの質問を用意しましたので、そちらに答えるところから始めよう! 第一種永久機関 - ウィクショナリー日本語版. 「熱力学第二法則」を理解するための2つの質問 以下の2つの質問に答えることができたら、 熱力学第二法則を理解したと言っても良いでしょう (^^)/ カマキリ 次の2つの質問に答えれたらOKです。 【質問1】 湯たんぽにお湯を入れます。 その湯たんぽを放置しているとどうなりますか? 自然に起こるのはどちらですか? 【正解】 だんだん冷めてくる('ω')ノ 【解説】 熱量は熱いものから冷たいものへ移動するのが自然に起こる! (その逆はない) このように、誰もが感覚的に知っているように 「熱は温度が高いものから低いものへ移動する」 という現象が、熱力学第二法則です。 熱の移動の方向を示している法則 なのです。 【質問2】 熱量の全てを仕事に変えるようなサイクルは作ることができるのか? 【正解】 できない。 【解説】 \(\eta=\frac{W}{Q_2}=1\)は無理という事です。 どんなに工夫をしても、熱の全てを仕事に変えるようなサイクルは実現できないということが明白になっています。 こちらも 熱力学第二法則 です。 現代の電力発電所でも効率は40%程度と言われています。 熱量を加えてそれをすべて仕事に変えることができたら、車社会においてめちゃくちゃ効率の良いエンジンができますよね。 車のエンジンでも瞬間的に温度が3300K以上となって、1400Kあたりで排出すると言われていますので効率は理療上でも50%程度・・・・しかし、現実には設計限界などがあって、25%程度になるそうです。 熱エネルギーと仕事エネルギー・・・同じエネルギーでも、 「 仕事をすべて熱に変えることができる・・・」 が、 「熱をすべて仕事に変えることはできない」 という法則も熱力学第二法則です。 エネルギーの質についての法則 なのです!
「それはできる!」と言って、「ほらできた!」というのは形にできますが、 「それはできない!」と言って、どうやって証明しようかって思うのがふつうです。 熱を捨てないと絶対に周期運動する熱機関を作れないって言ってくれると諦めがつきますよね。 いや、本当はできるかもしれませんが、過去の先人たちが何をやっても実現しなかったので「諦めて原理にしやったよ_(. )_」って話なのかもしれませんが、理論とはそんなものです(笑) 「何かを認めてる。そして、認めたものから何を予測できるか?」 という姿勢がとても重要で、トムソンの法則というものを認めてしまっているのです。 熱だけでどれだけ仕事量を増やそうとしても、無理なものは無理ってきっぱり言ってくれているので清々しいです('◇')ゞ きっぱり諦めて認めよう!! 第二種永久機関は存在しない 第二種があるなら、第一種があるものですよね。 第一種永久機関 というのは、 「無のエネルギーから永久に外部に仕事をしてくれる装置」 のことです。 もう、 見るからにエネルギー保存則に反していて不可能 であることはわかりますが、第二種永久機関はどうでしょうか? まずは、 第二種永久機関の定義 についてです。 第二種永久機関 「一つの熱源から正の熱を受け取り、これを全て仕事に変える以外に、他に何の痕跡も残さないような機関」 このような機関は実現できないよってことです。 正の熱を与えてくれる熱源ばっかりで、それを全部仕事に変えることはできないってことです。 これも、熱と仕事は等価な価値を持っていないというのと同じです。 第二種永久機関はできそうでできない・・・・ 例えば まわりの環境はとても大きいので、熱源からの熱量を全て仕事に変えることができたとしても、元の状態に戻すためには必ず熱を逃がさないといけないと先ほど言いましたが、まわりの環境が膨大なので逃がした熱は周りの環境になじんでしまってまた逃がしたつもりでも逃がしてないのと同じなので、また膨大な環境による熱源から熱をもらえば半永久的に仕事を行える・・・・ ように見えるが、これが効率\(\eta=\frac{W}{Q}=1\)になっていないので、できそうでできていないという事になります。 なぜ効率\(\eta=\frac{W}{Q}=1\)にならないのか?
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? 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?
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