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可逆機関と不可逆機関
noname#2748の回答
熱力学は専門外なのですが、動作流体の入れ替えに伴う損失のためでは?
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熱機関の効率に関する質問です。 物理学(改定版)という本で以下のような記述がありました。 『2つの熱源T_1,T_2(温度で熱源そのものを示すことにする)のあいだで働くものを考え、それをEと名づけよう。Eは高温熱源T_2から熱Q_2をとり、外にWだけの仕事をして、Q_1だけの熱を低熱源T_1に与えて1サイクルを終えるものとする。いま、同じ熱源で働き、1サイクルでWだけの仕事を要するカルノー冷凍機E_0を用意し、これをEと連結し、Eがする仕事WでこのE_0を運転することにする。E_0はT_1からQ_01だけの熱をとりQ_02だけの熱をT₂に与える。 (中略) EとE_0の効率をη,η_0とすると、 η=W/Q_2,η_0=W/Q_02 であるから、 Eが可逆機関なら η=η_0=(T_2‐T_1)/T_2 Eが不可逆機関なら η<η_0=(T_2‐T_1)/T_2 ということになる。つまり、2つの熱源T_1,T_2のあいだで働く可逆熱機関の効率はすべて(T_2‐T_1)/T_2に等しく、不可逆熱機関の効率は必ずこれより小さい。』 ここでいくつか質問があります。 質問(1) カルノー冷凍機E_0の効率が η_0=W/Q_02 となるのはどうしてですか?カルノー冷凍機の場合の熱効率の定義がわかりません。 質問(2) 『Eが可逆機関なら η=η_0=(T_2‐T_1)/T_2 Eが不可逆機関なら η<η_0=(T_2‐T_1)/T_2 ということになる。つまり、2つの熱源T_1,T_2のあいだで働く可逆熱機関の効率はすべて(T_2‐T_1)/T_2に等しく、不可逆熱機関の効率は必ずこれより小さい』 となるのはどうしてなのでしょうか? どうかよろしくお願いします。
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熱力学第二法則およびエントロピー増大の法則において、 「○○のような変化は起こりえない」 「可逆変化だとエントロピーは変化せず、不可逆変化だとエントロピーは増大する」 のように、エントロピーという概念に基づいて不可逆的な変化の過程というものが特徴づけられています。 1つわからないのは、この不可逆変化という概念と、自発的な変化という概念との関連性です。確かに熱力学第二法則では低温物体から高温物体へ自発的に熱が移動する変化などは起こりえないということは原理として定められていますが、逆の変化が(外部からの介入なしに)自発的に起こりうる、ということに関してはどこにも述べられていません。もちろん、直感的・経験的にはそのような変化が自然に起こるのは明らかですが、科学理論の体系としては、 ある反応が起こらない、ということだけではなく、その逆の反応が自発的に起こる、ということも原理または定理の形で明言する必要があると思います。 上記の熱伝導や断熱自由膨張のような、エントロピーが増大する変化が「自発的に」起こる、ということは、熱化学においてどの原理に含意されるあるいはどの原理から導出される結論なのでしょうか。
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お礼
ありがとうございます。 考えるきっかけとなりました。