熱力学2010おさらい13

熱力学 第13回おさらい

今日のおしながき

• 4-6 ゴムの熱力学
  • グー・ジュール効果
  • ひもの熱力学
  • ゴムの状態方程式の例

今日のまとめと反省

講義の最初に，前回の捕捉として，水の相図の話をする．今回の講義の主たる目的はゴムのはなし．もちろん，ゴムは変わった物質なので，その物性を熱力学の立場から説明することが目的なのだが，もう一方で，熱力学の考え方を強調することで，講義の全体的な概観ができればよいと思っている．実は、第一回の講義のときに，熱力学の位置づけ的な話をしたのだが，今回はそれを改めて反芻したいということである．

それにしても，とりあげる話題がグー・ジュール効果とはいかにも渋いと自分でも思います．もう200年近くも前の話題で，グー効果(1805), ジュール効果(1859)です．それでも，熱力学に例外処理はない，つまり，変な物質があれば熱力学での対象ではないと考えることはない，ということを示すよい例かと思います．実際に，歴史的にはそのあたりは，ゴムは普通の固体や気体とは全くことなるので，ちがうもの？と思われていたようです．

そのグー・ジュール効果が熱力学の中でどう考えられるかをゆっくりと議論しました．まずは，ひもの熱力学を考えて、講義で出てきた熱力学関係式をまとめて，あれこれ考えると，グー効果とジュール効果は直接関係することが示されました．つまり，グー効果を示すと，ジュール効果も示すことがわかる．しかも，その大きさの定量的な関係まで与えているので，検証可能である．さらに同じことだが，グー効果を示さないと，ジュール効果も示さないので，グー効果は示すけどジュール効果は示さない物質は熱力学的には許されないことになる．このようにして，ゴムも針金も同列で議論することができ，特に例外処理は必要としていない．

一方で，ゴムらしさをもう少し議論しようとすると，何かしら情報が必要となる．ここでは，具体的に，ゴムらしさを表す状態方程式をモデルとして与えて，張力に関する議論を少し展開する．その状態方程式から，自由エネルギー，さらにエントロピを計算すると、ゴムを伸ばすとエントロピーが下がることが示される．さらに，張力は内部エネルギーの変化分から来るエネルギー弾性と，エントロピー変化からくるエントロピー弾性の部分に分けられることがわかる．温度効果の顕著な部分は完全にエントロピーの方が導かれることがわかる．ここでタイムアップ．最後に授業評価アンケートをお願いして，講義を終了する．みなさん，お疲れさん．試験勉強がんばってください．

今日の宿題

• 途中で飛ばした式があった。。。

配布するファイル

• なし．
• 配布したわけではないけど，講義中にお約束したので，過去問をここにアップします：ex2009-netsu.pdf(224)
• こちらもお約束のレポートの解答例(2010.7.14追加,2010.7.15てにをはを修正）：Report-2010-4a.pdf(301)

今日の質問

ゴムをひっぱることでエントロピーを減らすのは，乱雑さと相容れないということ？

少しだけ口走ったのですが，決して「相容れない」とは言っていません．もしも，エントロピー＝乱雑さと思っているのだとしたら，ゴムが伸びることでエントロピーが下がるという今回の結果をどう解釈しますか？ちゃんと整合とれますか？ということを問いかけただけです．実際に伸びることでエントロピーを減らします．

FとGのちがい

相転移の際の自由エネルギーの優位性について，いろいろ議論する．

今日の投票用紙の裏より

最終回は授業評価アンケートをお願いしたので，投票用紙はなし．

今日の雑談(水曜)

• 今日は授業評価アンケートの枚数をかぞえてみました．結果は 64でした．登録者数が９６ですので，2/3でした．８割には遠く及びませんでした．残念です．

今日の雑談(月曜)

• 今日は授業評価アンケートの枚数をかぞえてみました．結果は 54でした．おおよそ半分くらいまで減ってしまいました．極めて残念です．これで不可が半分にもなってしまうようでは，どうしたものでしょうか．

• 投票用紙を回さなかったので、裏のアンケートもなし．その代わりに，授業評価アンケートの質問項目になかたt質問を一つ．
  • 講義は楽しかったか?

今回のWEB投票

• 今日の講義の出来は?(水曜)

• 今日の講義の出来は?(月曜)

今回の一行コメント

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