「不可逆過程であることをトムソンの原理を用いて証明せよ」という質問について

質問

問題で「摩擦を伴う状態変化は不可逆過程であることをトムソンの原理を用いて証明せよ」というものがあるのですが、解説を読んでもよくわかりません。
解説は「いま、摩擦現象が可逆変化であると仮定すると、摩擦によって発生した熱を物体から取り去り、これを仕事に変え、しかも他に何も変化を残さないようなサイクルが存在することになる。これはトムソンの原理に反する。すなわち、最初に摩擦現象を可逆変化と仮定したのは誤りである。」とあります。
可逆変化と仮定した場合の説明がよくわからないのですが、どなたかわかりやすく教えていただけないでしょうか？よろしくお願いします。

回答No.3

Meowth

トムソンの原理
（表現１）
度の一様な1つの物体から奪った熱を. 全部仕事に変え、それ以外に何の変化も. 残さないような過程は実現できない。

温度の一様な物体から奪った熱を全部仕事に変え、それ以外に何の変化も残さない事は不可能である。
（表現２）
はじめから終わりまで一定の温度にある熱源から正の熱を取り出し、これに相当する正の仕事を外に向かって行うようなサイクルは存在しない。

それ以外に何の変化も残さない事⇔サイクル

可逆過程（変化）：
１つの体系がある平衡状態Pから出発して他の平衡状態Qに移るとき、
外界がP'がらQ'に変化するとする。
このとき、体系の状態をQからPにもどし、外界も（最後に）もとの状態にもどすことができる場合、P→Qを可逆過程という。

摩擦現象：
外界から正の仕事をされ、（はじめから終わりまで一定の温度にある）熱源に正の熱を与える以外なにもしないサイクル。

が可逆変化であると仮定する
とは、
（はじめから終わりまで一定の温度にある）熱源から正の熱もらい外界に正の仕事をする、以外なにもしないサイクル。
が存在する
と仮定すること。
これは、トムソンの原理（表現２）そのまま

なお、
可逆変化
と仮定することは、
準静的
と仮定することとは異なるので注意。
準静的過程は可逆過程　だが、
可逆過程はもっと広い。（あれば）どんな経路でもいい。
[通常は、
準静的はおろか、どんな方法でも戻せない
ことを強調する]

準静的に戻せないことをいっても
なんか特別な"可逆過程”があって、もどせるかもしれない

回答No.2

jamf0421

可逆変化とは、系を特徴づける変数（温度、圧力、あるいは解離度でも）が熱のやり取り、物質のやりとり、仕事のやりとり等で変化した時に、この系を特徴づける変数がそっくり同じ値をとりつつ戻り、この時熱、物質、仕事の交換も逆の順序で起こるような逆の変化が存在することです。

トムソンの原理は質問者さんのお書きになったとおりです。

従って、”初期状態（系および外界）→系は外界から仕事をされた→その仕事は摩擦熱になった→その摩擦熱を全部仕事にかえて外界に戻した→系および外界はそっくり初期状態に戻った”という可逆変化は不可能、つまり摩擦熱を生じる過程は不可逆です。

回答No.1

yokkun831

可逆変化すなわちプロセスを全く逆にした過程が
成立するということですから，
正過程
状態I→（外から仕事をされる）→（摩擦熱を生じる）→状態II
逆過程
状態II→（熱を得る）→　（外に仕事をする）→状態I
で，正逆あわせたサイクルが可能になるということでしょう。