今日の講義の内容

 先週の復習をした後、の内容を講義。これで$T{\partial S\over\partial T}={\partial U\over\partial T}$が言えた。

 「X(示量変数)を固定して温度を上げると内部エネルギーも増える$\left({\partial U\over\partial T}>0\right)$」ということが確認済なので、これで「X(示量変数)を固定して温度を上げるとエントロピーも増える$\left({\partial S\over \partial T}>0\right)$」ということが確認できた。

 「プランクの原理」(断熱操作では、示量変数を固定して温度を下げることはできない)があるので、「断熱操作では、示量変数を固定してエントロピーを減らすことはできな」という原理が出てくる。「準静的断熱操作では変化しない量」としてエントロピーを導入したが、プランクの原理(さらに元はケルビンの原理)のおかげで、エントロピーは「減らせない量」であることがわかる(たとえばクーラーは部屋のエントロピーを下げているように思われるが、実は室外機でもっと大きいエントロピーを室外に放出していて、地球全体のエントロピーは上がっている)。

 ケルビンの原理からプランクの原理を導く方法は以下の通り。

 温度$T$、体積$V$の状態でまず系の周りを断熱壁で覆って断熱された状態にして、断熱操作(一般に準静的でない)を行って、体積が元の状態に戻す。このとき系の温度は$T'$に変化したとする。その後断熱壁をとりさって系と環境を接触させると、系は元の温度$T$に戻る。これはサイクルだから、ケルビンの原理(等温環境下で元に戻る操作を行なうと、系のする仕事は負)を適用すると、系は負の仕事をする。仕事をするのは最初の断熱操作で、断熱操作で負の仕事をされれば内部エネルギーは増加し、ゆえに温度は上がる。

 ケルビンの原理使ってますが、それは等温環境ってことになるんでしょうか、温度変わってますけど。
 系の温度は変わっている。「等温環境」ってのは「環境(つまり系の外側)」が等温ってことなので、この場合は等温環境下の現象で、ケルビンの原理の適用範囲内です。
受講者の感想・コメント

受講者の感想・コメント

 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。

プランクの原理のプランクさんは、プランク定数のプランクさんと同一人物ですか。
はい、同じ人です。熱力学のえらい人だったから、プランク定数も発見できました。

SはTとVの関数ですが、微分できないのはどういうときでしょうか?
気体が液体になる、などの現象が起きるときにはそういうこともあります。

断熱膨張だとTは下がるが、Sは下がるのかな、と思った。
下がりません(^_^;)。

熱力学楽しいです。
それは素晴らしい。

エントロピーは絶対に減らないですか? 例外はありませんか??
例外は誰も見つけてません。

エントロピー難しい(同様の感想多数)。
ここが熱力学で一番、大事なところです。

地球のエントロピーのことを考えるとクーラーを控えようかと思った。
クーラー使わなかったとしても、人間が何をしてもエントロピーは増えますけどねぇ。

エントロピー原理によって宇宙の最後はエントロピー極大になるという話が面白かった。
極大になってしまうと、もう何にも起きない。

宇宙のエントロピーが増え続けると最後はどうなるんでしょう、爆発しますか
むしろ爆発のような派手なことが起こるということは、まだエントロピーが増えきってないからです。ほんとにエントロピーが増えきったら、爆発すら起きない。

授業の内容