まず教科書の「要請2.1」「要請2.2」について。
要請2.1は
とまとめることができる。
要請2.2は
とまとめられる。
これから任意の平衡状態は、温度と示量変数の組$(T;X)$で表現できる。また、他の物理量(たとえば圧力)もこれらの関数として$p(T;X)$のように表現される。
前回、
のアニメーションを動かして「ゆっくり動かさないと圧力や温度は『系の状態量』にならない」ということを納得してもらったが、さらにこれを動かしつつ、
ということを考えてもらった。
という指摘がきた。もう一つ、密度も変化している。
では、行きと帰りが「逆」現象になるにはどうすればいいだろうか。あついは別の言い方をすると、圧力、温度、密度などが行きと帰りで同じになるようにすればどうすればいいだろう?
そういうこと。それが「準静的」操作というやつで、これの場合だけ「逆の現象」が起こる。力学では(たとえば放物運動)「ビデオに撮って逆回し」もまた実現する運動だが、熱力学で「逆回し」が可能になるには「準静的に動かす」必要があるのである。
続けて、要請2.4
について説明したのち、
で断熱操作の方もアニメーションを動かした。こちらは温度が元にもどらない(環境と切り離されているから)のが等温操作との大きな違いである。
どちらの操作でも、過程の途中は平衡状態ではない。「等温操作」というものを定義するが、それは途中まで等温だと言っているわけではなく、最初と最後が等温環境の中で平衡なら「等温操作」と呼ぶ。
さて、ここで「準静的なら逆ができる」ということにこだわったが、それには理由がある。そもそも最初から言っていたように、熱力学ではいろんな状況での「エネルギー」を考える。ところがある操作の「行き」と「帰り」で仕事の絶対値が違っていると、「行って帰って」でエネルギーが元にもどらない。よって「エネルギー」を定義するために準静的な操作が重要になってくるのである。どう重要になってくるのかについては、次回。
青字は受講者からの声、赤字は前野よりの返答です。
主なもの、代表的なもののみについて記し、回答しています。