気体のエントロピとエンジン効率について
- 気体のエントロピが増加すると、エンジン効率が悪くなると聞きました。気体の運動エネルギーが熱エネルギーに変換され、温度が上昇してしまい、一度熱に変換されたものは力として取り出すのは難しいということですかね？
- またエントロピが上昇すると、温度と圧力が増加するが、温度の上昇比率の方が高く、圧力の上昇率が小さいのも問題であると書かれています。
- 気体のエントロピに関する公式 Tds=dq=dh-vdp=cpdt-vdp によると、dsが上昇するためにはdtを大きくdpを小さくする必要がありますが、一番dsが大きくなる状態はdpが－(圧力減少)になるため、微妙なバランスが必要となります。
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エントロピについて
気体のエントロピが増加すると、エンジン効率が悪くなると聞きました。熱量が増えるので、逆にエネルギーが高くなりいい気もするのですが。本には気体の運動エネルギーが熱エネルギーに変換され、温度が上昇してしまい、一度熱に変換されたものは力として取り出すのは難しいということが書いてありました。つまり不可逆反応になるからということですかね？またエントロピが上昇すると、温度と圧力が増加するが、温度の上昇比率の方が高く、圧力の上昇率が小さいのも問題である。とも書かれていました。何故温度上昇が大きくなるのかがよく分かりません。 Tds=dq=dh-vdp=cpdt-vdp という公式でdsが上昇するためにはdtを大きくdpを小さくするのは分かるのですが、それだとdpが－(圧力減少)になるのが一番dsが大きくなるし。 以上をふまえてどなたか教えてください！
- levino
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- 物理学
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質問者が選んだベストアンサー
一般的にエネルギーを発生させる場合,温度差や圧力差,高低差,電位差などのポテンシャルエネルギーや内部エネルギー差をつなげ,その流れ(このことを仕事とか熱とか言います)から,エネルギーを取り出します. 水力発電の例で考えると,高低差が大きければ大きいほどエネルギーを取り出しやすいように,温度差や圧力差も大きければ大きいほうがエネルギーを効率よく取り出せます.温度や圧力の場合,差が大きければ大きいほうが,エントロピーが小さいので,エントロピーの小さいほうが効率よくエネルギーを取り出せます. 平準化された気体からはエネルギーは上に述べたような理由で取り出せません.仕事をして温度差などをつけて,エネルギーを取り出そうとすると,仕事に費やすエネルギーのほうが取り出すエネルギーより大きくなります. もともとの質問がエンジンなので,周りの気体がエンジンの発火温度とは差があるはずなので,エントロピーが大きいとは,周りの温度が高いことを言うのだと思います.なので効率が悪くなる程度なのでしょう.周りがエンジンと同じ温度では,働かないか,極端に効率が劣化留守はずです.
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- masudaya
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エントロピーはエネルギーの有用度を表す指標でもあり,局在度を表す指標でもあり,また,平準化を表す指標でもあります.簡単に言うと二つの同体積の気体があるとき,(1)温度差があるときの方が(2)ないときに比べてエントロピーは低いです. この例を考えていただくとわかりやすいと思うのですが,(1)は混ぜ合わせれば,(2)になりますが,(2)は熱機関に仕事を与えて運転しないとを(1)を作れません.これがエントロピー増大の法則で,不可逆過程になります.平準化すればするほどエントロピーは増大するのだから.エントロピーが大きいとは,周りとの差がないということで,いくら温度が高くても周りとの差がないところからはエネルギーは取り出せません.つまり,エントロピーが大きいとエネルギーが取り出しにくくなるため,効率が悪くなるということになります.
補足
ご返信ありがとうございます。 う～ん分かったような分からないような。平準化された気体からエネルギー(仕事)を取り出すにはどうしたらいいのですか？一度仕事をして温度差のある気体をつくり、その温度差から仕事をするのですか？それでその温度差のある気体を作り出す際の仕事が必要な分、エネルギー損失が大きいという理解でいいんですかね？
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お礼
丁寧なご回答ありがとうございました！エントロピの大きい概念が理解出来ました！