次に、可逆的に熱を移動させる可逆熱機関を使って熱を水１から水２に移す方法を考える。そうすると違う答えにたどり着く。
では可逆的に熱をゆっくり静かに移動させることを表現してみる。可逆的ということをエントロピーという熱力学の概念で表現する。
エントロピーの言葉はここでは理解しなくていいが、このあとも登場するので、ここで体験しておく。
可逆的にエネルギーが移動したときには、エントロピーの変化が無い。このエントロピー概念を直感的に分かるように更に付録２を用意した。
それではエントロピーの変化を水１と水2について計算してみる。
水１のそのエントロピー変化をδS1と記述する。水２の変化はδS2と記述する。到達する温度Tmを未知としてTmの温度まで熱を移動させたときのエントロピーの微小変化分を積分する。
付録２より、微小変化分ｄＳ=ｄＱ／Ｔなので
コラムColumn
質の違うものの接触がエネルギーを放出するという真実（3）
Vol.13-18
2025年05月09日
質の違うものの接触がエネルギーを放出するという真実（3）
この記事の内容
質の違うものの接触がエネルギーを放出するという真実（3）
同様に
Tmは混ざったあとの仮定した温度である。
仮定した混合温度Tmになるまで水１から水２に可逆熱機関で可逆的に熱移動させる。その後、同じ温度Tmの水１と２を合体（混合）させると温度Tmの混合水ができる。
可逆的であることの表現は全体のエントロピー変化がゼロである(付録２参照）。
全体エントロピー変化の表現はδＳ１とδＳ２を加算して得られる。
従って、全体のエントロピー変化
「可逆動作で熱を移動」させることは「全エントロピー変化δS＝0」で表現されるので
更に表現を変えると
T1＝80℃とT2＝40℃なら
と計算される。
この温度は小学生の答え60℃より低い。温度が下がるのは、外に対して仕事をしたことを仮定したからだ。
この放出してしまう仕事エネルギーを蓄えて、水に戻せば60℃になる。
混ぜるときに仕事エネルギーを外部に放出してしまえば取り戻せない損失エネルギーになる。エネルギー放出なしでは混ざらないという言い方も等価である。
仕事エネルギーを放出して、これを散逸させると、外部からのエネルギーの支援がなければ、元には戻れない。
[ Author : Y. F. ]
