- ベストアンサー
可逆機関と不可逆機関
siegmundの回答
- siegmund
- ベストアンサー率64% (701/1090)
Mell-Lily さんのご回答の論理的組み立ては次のようなものです． 可逆機関は逆行運転できる． もし，可逆機関より効率のよい機関があれば， 可逆機関の逆行運転と巧妙に(？)組み合わせることによって， ただ１つの熱源から熱を吸収して仕事に変えることができてしまう． というものです(トムソンの原理に違反)． もしこういうことが可能ならば > 海水の温度を極僅か下げて、家庭のお風呂を沸かすことができます。 よりは，海水からエネルギーを頂いて重油も何も使わず航行する船が造れる． の類の方がよいでしょう． まあ，得られた仕事で風呂を沸かせばいいんですけれど． 多少組み合わせ方を変えますと， 「もし，可逆機関より効率のよい機関があれば， 外からエネルギーなど投入せずに熱を低温部から高温部へ流すことができる」 という風にすることも可能です． これはクラウジウスの原理に違反することになります． これができるなら，Mell-Lily さんの > 海水の温度を極僅か下げて、家庭のお風呂を沸かすことができます。 と直接結びつきます． エントロピー概念をご存知なら下の図がわかりやすいでしょう 《可逆機関の図》 S_H Q_H ┃ ┃ 高温部(T_H) ∨ ∨ ┌────────┐ │ ┃ ┃ │ │ ┃ ┃ │ │ ┃ ┃ │ │ ┃ ┃ │ │ ┃ ┃━━│━＞ エネルギー Ｗ │ ┃ ┃ │ │ ┃ ┃ │ │ ┃ ┃ │ │ ┃ ┃ │ └────────┘ ┃ ┃ ∨ ∨ 低温部(T_L) S_Ｌ Q_L エネルギーの収支を見れば (1) Q_H = Q_L + W エントロピーからは，可逆機関の場合 (2) S_H = S_L ですが， (3) S_H = Q_H/T_H， S_L = Q_L/T_L と組み合わせて，(1)(2)(3)からη=W/Q_H で定義される効率は (4) η=(T_H - T_L)/T_H になります． 一方，不可逆機関では，機関内で余分なエントロピーが生成されます． 《不可逆機関の図》 S_H Q_H ┃ ┃ 高温熱源(T_H) ∨ ∨ ┌────────┐ │ ┃ ┃ │ │ ┃ ┃ │ │ ┃ ┃ │ │ ┃ ┃ │ │ ┃ ┃━━│━＞ エネルギー Ｗ │ ┃┃ ┃ │ │ ┃┃ ┃ │ │ ┃┃ ┃ │ │ ┃┃ ┃ │ └────────┘ ┃┃ ┃ ∨∨ ∨ 低温熱源(T_L) S_Ｌ Q_L つまり (1) Q_H = Q_L + W (2) S_H < S_L (3) S_H = Q_H/T_H， S_L = Q_L/T_L から (4) η = W/Q_H < (T_H - T_L)/T_H になります．
noname#2748
関連するQ&A
- 熱機関の効率などに関する質問です。
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。
- 締切済み
- 物理学
- 熱力学第二法則と可逆変化・不可逆変化および自発的な変化
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。
- 締切済み
- 化学
- 準静的過程，可逆サイクル，熱効率 (熱力学)
熱力学に関して以下の様に理解しております． しかしこの理解はどこかが間違っているはずです． そこで，その間違いはどこなのか，どの様に間違っているのかを指摘して下さると幸いです． (1) 任意のサイクルにおいて，そのサイクルを常に平衡を保った状態で(準静的に) 完了すれば，そのサイクルは可逆サイクルである． (2) 可逆サイクルは最も熱効率のよいサイクルである． (3) (1)，(2)より，任意のサイクルを準静的に完了すれば，そのサイクルは 最も熱効率の良いサイクルである． 上の理解はどこかが間違っているはずなのです． なぜなら，(3)より，カルノーサイクルでもオットーサイクルでもディーゼルサイクルでもブレイトンサイクルでも， サイクルを準静的に完了すれば全て同じ熱効率となってしまうためです．
- ベストアンサー
- 物理学
- 熱力学：可逆と非可逆
熱力学に可逆過程（等温変化、断熱変化）と非可逆過程（等圧変化、等積変化）が出てきたんですが、一体可逆とか非可逆ってどういう意味なんでしょうか？ エントロピーが内部と外部を合わせてゼロなのが可逆で、そうでないものが非可逆というのまでは分かるんですが、直感的にそれがどう意味してるのかさっぱり分かりません。。 どなたか分かる方お願いします！ 出来れば例をあげて説明していただけるとありがたいです！
- ベストアンサー
- 物理学
お礼
前回に引き続き今回も詳しい説明ありがとうございました。