熱力学2008おさらい7

第7回おさらい

今日のおしながき

• 3 熱力学第二法則
  • 3-2 Clausiusの原理
  • 3-3 Carnotサイクル
  • 3-4 Kelvinの原理
  • 3-5 できることとできないこと

今日のまとめと反省

前回の最後にある過程が可逆であることの説明をした．今回はその逆である不可逆であることをゆっくりと考えることにする．ある過程が不可逆であることを示すのは結構面倒くさい．論理的に考えるといくらでも論理の穴があく可能性を秘めている．熱力学では，何かしらの基本原理をおき，その原理と考えたい過程の関係性から，過程の不可逆性を考えることがおおい．その基本戦略を簡単に示しておいて，原理の一つとして，Clausiusの原理を説明する．これも第一法則と同じように，否定の法則の意味合いがあり，永久熱ポンプは存在しないことを主張している．この原理から，高温から低温への熱の移動以外に何も伴わないサイクルは不可逆であることがすぐに帰結される．簡単にいえば，熱伝導は不可逆だといっているわけだが，この論理の組み方はこのあたりの基本である．

次に，Carnotサイクルの説明をする．ここでの定義は2つの熱源と熱のやりとりをする可逆サイクルとする．一つの例として，PV平面でのサイクルを示して，それぞれの過程でピストンの動きを説明した．サイクルの間に外にする仕事はこの図の何に対応するかを説明しておく．今後はサイクルはCと○で囲んで書くが，中身はこのようなサイクル過程を考えていることにする．それから，普通は理想気体でこのCarnotサイクルを議論するが，必ずしも中身は理想気体でなくてもよいし，PVで仕事がかけない系でもよい．このCarnotサイクルは外に正の仕事をして，逆Carnotサイクルは負の仕事をする．このことはClausiusの原理から示される．逆Carnotサイクルはしめしたので，正Carnotの方は宿題にする．

さらに，もう一つの第二法則の表現であるKelvinの原理(Thomsonの原理)を説明する．これは熱から仕事への完全変換が不可能であることを主張している．これとClausiusの原理が等価であることを示しておく．慣れてくると簡単だけど，うまく思い付くかどうかは練習が必要である．もう一つ，Ostwaldの原理がというのがあって，第二種永久機関の不可能性をいっている原理があるがこれはKelvinの原理と同じことを別の言葉で言っているだけである．さて，ここまでできないことをばかり話してきたので，少しできることをまとめてみる．2つ説明したところでタイムアップ．次回はこの辺りから．

今日の宿題

• Carnotサイクルは外に正の仕事をすることを示せ．

配布するファイル

• 練習問題の解答例の続き:Answers-NR-v3.pdf(83)
• 次回配る練習問題の続き:Problems-NR-v2.pdf(552)

今日の質問

今日は，講義の直後に大学院の入試説明会があって，私が話すことになっているので，終了直後にそそくさと撤収しました．2・3人から質問は受けました．

これこれ?

今日の投票用紙の裏より

金曜日は休日です．

いやいや，そんなことはありません．明日からの休みのためにもうひとふんばりする日です．

最近，講義のWebページが更新されていない．．．

すみません．なかなか手が回らなくて．．．単にさぼってるだけですけど．

Webページ教えてください．

ここで答えても仕方がないか．検索しよう．

今日は心地よい速度でした．

それはよかった．

今日は数式がでてこなくてよかったです．熱力学がはじめて面白そうだと思いました．

単に式がでなければよいのか．．．それは理系ではないな．

すずしくて，心地よいです．

なんか別の意味で，とおい世界にいってしまいそうですね．

快眠に絶好のコンディションなわけですが，なんとか寝ないように努力します．

やはり．．．

先週サボりました．ごめんなさい．

その言葉はスポンサーにしてください．私に誤られてもねー．

換気が悪いです．

そうですか．換気扇回します．というか，窓開けた方がよいですかね．

出ていないうちにもう7回目になってたんですね．

7回目を迎えることに実は出ていても出ていなくても関係ないです．もう6月の中旬だということですね．

サイクルというと，一周する過程だと思う(高校ではそうだった)のですが，今日のClausiusの「サイクル」は．．．一周していないような?「サイクル」はどう定義されてますか?

サイクルはある熱力学状態からどこかを経巡って元の状態に戻る過程だと定義しました．なので，一周します．今日のサイクルも，だから，当然一周しています．今度の講義で説明します．

．．．この図が高校のときノートにとった図と全く同じだった．これは定番の書式なんですか?

高校のときにこんな図勉強するんだっけ?おそらく，定番です．そうでもないかな?丸と□で簡単だからね．

先生が担任なんてしりませんでした(びっくり)クラコンにぜひきてください!!おごってください!!

おー，いってもいいけど，おごったりはしないぞ．

今日の雑談

• 今日の投票数は， 103でした．すこーし減ってきています．100を切りそうでこわい．
• そういえば毎回「小泉純一郎」さんが後ろの方におられるようです．
• 今回は，講義のすぐ後に大学院の説明会で私が話すことになっていたので，14:30になったらすぐに撤収しました．どうも愛想がなくてすみません．無事に説明会は終了しました．同時に駒場の研究室公開もありまして，今年ははじめて参加しました．私の部屋の前にポスターを飾ってあります．暇があれば遊びに来てください．

今回のWEB投票

• 今日の講義の出来は?

今回の一行

• サイクルの件は自分の勘違いでした。回答ありがとうございます。 - cycle (2008年06月12日 16時45分08秒)コメント

• いやいや，大事なところです．あんな風な図を書いたときに裏で何やっているのかわからなくなったら，それは問題ですからね． - ふくしま (2008年06月12日 16時55分01秒)

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