熱機関の効率などに関する質問です。

質問

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。

回答No.1

okormazd

質問(1)
熱効率の定義
熱機関の効率は、どのように動かそうが、その定義は同じです。
効率=変換された仕事/高温熱源から得たエネルギー
です。
質問の場合、記号に符号も含めて考えれば、
Eは、
η=W/Q_2
E_0は、
η_0=W/Q_02
ですが、W、Q_02の符号が負になっているだけです。

質問(2)
熱力学第2法則、カルノーの原理、熱力学的温度です。
「どうしてなのでしょうか」
熱力学第2法則の表現の1つでしょう。そうなんだと思った方がいいかも。

http://www.jsimplicity.com/ja_Report_Thermodynamics_html/ja_Chapter3_SecondLawOfThermodynamics_EntropyLaw.html#Section3_2
http://homepage2.nifty.com/eman/thermo/carnot.html