エネルギー保存の法則の疑惑

質問

A、高温の気体を低温の気体と混ぜた時、熱量は変わりませんが温度は下がります。
B、今度は高温の気体を低温にする時、温度差を利用してエネルギーを取り出します。この時、高温の気体の熱量プラス取り出したエネルギーが加わり熱量は増えます。

AもB実際起こる現象ですが、Aは熱量は変わらないため温度が下がった分熱エネルギーは減ったことになりませんか？これはエネルギー保存則に反しませんか？
Bは温度が下がる分熱量が増えるので全体の熱エネルギーは変わらないのでこちらが自然な現象だと思うんですが。

実はエネルギー保存則は間違いでエネルギーは増えることはないが減ることはあるってことですか？

回答No.5

FT56F001 · ベストアンサー

何か誤解していますね。

90℃のお湯が1kg，10℃の水が1kgあるとします。
単にこれらを混ぜると，50℃の水が2kgできます。

カルノーサイクルを使って，
90℃のお湯から熱を取り出し，
10℃の水に残りの熱を捨てて温めます。

この場合，絶対温度の363Kと283Kの相乗平均，
320.5K=47.5℃の水が2kg出来ます。
熱エネルギーが機械エネルギーに変わった分，
最終的にできる水は，2.5℃温度が下がります。

お礼

考えが甘い部分があったのがわかりました。

回答No.6

rnakamra

質問者の回答への補足を見てようやく質問者の本意がわかりました。

質問者の一番大きな勘違いは、"温度差があれば熱のやり取りとは無関係に発電ができる"と思っている点です。

そんなの無理です。

温度差による発電は、熱の受け渡しの際その一部を掠め取ることで実現しています。蒸気タービンだろうが熱電素子を使おうが必ず移動する熱の一部が電気エネルギーに変換されるのであり、得られたエネルギー量は掠め取ったエネルギーと等しくなります。
熱力学第二法則により移動する熱の全てをエネルギーとして取り出すことはできず、効率の最大値は二つの熱源の絶対温度で決まります。

お礼

No.5の方の回答でわかった気がします。

回答No.4

okormazd

言葉遣いに厳密さが欠けているので、何を言っているのかわからない部分がありますが。

A、高温の気体を低温の気体と混ぜた時、熱量は変わりませんが温度は下がります

A'、低温の気体を高温の気体と混ぜた時、熱量は変わりませんが温度は上がります

ですが、どうします?　
なにか忘れていませんか。
Aでは、低温気体、A'では高温気体。

B、今度は高温の気体を低温にする時、温度差を利用してエネルギーを取り出します。この時、高温の気体の熱量プラス取り出したエネルギーが加わり熱量は増えます。
そうなりますか。何の、どこの熱量が増えるのでしょう。
、「高温の気体の熱量」が「取り出」されているので、「熱量は増え」ることはないのではありませんか。

B'、今度は低温の気体を高温にする時、温度差の分だけエネルギーを加えます。この時、低温の気体の熱量プラス加えたエネルギーで熱量は増えます。

は、どう考えるのでしょう。

お礼

気体を混ぜるのではなく熱を移動させると考えてください。
高温の気体の熱が低温の気体へ移れば高温の気体の温度は下がり、低温の気体の温度は上がるだけでこれは、熱の移動があっただけで全体の熱量に変化はありません。

Bは熱量からエネルギーを取り出したのではなく温度差から取り出しただけなので熱量が減ることはありません。逆に温度差から取り出した分熱量は増えます。

回答No.3

entap

>>この時、高温の気体の熱量プラス取り出したエネルギーが加わり熱量は増えます。
文章だけで既に破綻している気がしますが…

A:熱エネルギーXの気体α(温度V1)と、熱エネルギーYの気体β(温度V2)が存在するとする。
αとβを混合することで、αとβの熱エネルギーの合計はX＋Yとなる。
α＋βのエネルギーをある一定の方法で観測すると、温度Ｖ3として計測される。

B.熱エネルギーXの気体αの熱エネルギーの一部を、別のエネルギーKに変換する。この時、変換ロスするエネルギーがm存在する。mは別の形で放出され、他のエネルギーに転化する。

A.Bでα＋β=α＋K＋mであり、エネルギー総量は同じだと思いますが、イカガデショウカ。

お礼

Bのエネルギー総量は同じです。違うのは熱量(カロリー)です。熱量は増えますが温度が下がるためエネルギー量は同じになるということです。

Aは温度は下がっても熱量が同じなのが問題なんです。温度が下がるとはエネルギーの減少を意味するわけですから。

回答No.2

Cupper-2

Aは低温の気体の温度が上がりますけど、ここには何もエネルギーの増減は存在しないのですか？

Bは取り出した熱量＝エネルギー量ですので、どこに増える要素があるのかを質問者さんに問いたい。

エネルギーは100％変換できるモノではありません。
　いきなり熱に変わって拡散したり、
　振動などの運動エネルギーに変換され最終的に熱エネルギーに変わったり
そんなことがあって、全体的に減少したように見えるだけで、
実はちゃんとバランスがとれた状態にあります。

お礼

Bは高温の気体を低温の気体へ熱を移します。Aは混ぜると言いましたが熱だけ移しても同じことです。
Bも高温の気体を低温の気体に熱を移すことは同じですが、この時スターリングエンジンなどで回転エネルギーを取り出す作業が加わります。移動した熱量は変わらないが回転エネルギーで取り出せる熱が加わることになり全体の熱量は増えることになります。

回答No.1

choco_jiji

Bは気体が１種類ですが、Aは２種類（温度）ですよね？

＞Aは熱量は変わらないため温度が下がった分熱エネルギーは減ったことになりませんか？
高温の気体は温度が下がりますが、代わりに低温の気体は温度が上昇しませんかね。

やってることはBとほとんど変わらないのですが、見ている範囲が違います。
Bにおいても冷やす手段を含めて考えれば…

お礼

Bも2種類の気体と見ていいです。Aも熱だけが移動すると考えてかまいません。