みなさん、いきなりですが、「熱力学第2法則」って、聞いたことありますか。

普通、ないですよね。 (^^;

さて、4月も下旬になり、これから蒸し暑い季節がやってきます。

「真夏の自分の部屋から、エアコンなしで暑さ(熱)が自然と

外に出ていってくれたら、電気代も使わなくていいな」と思ったことありませんか?

これも普通思わないですよね  (-.-;)

 

なぜなら、経験的にそんなこと、無理だとわかっていますから。

今日は、この当たり前のことについて考えていこうと思います。

さて、この話題は、むずかしく言えば、「熱力学」のジャンルの話になります。

「真夏の自分の部屋から、エアコンなしで暑さ(熱)が自然と

外に出ていく」のは、「外よりは少し温度の低い部屋から、もっと温度の高い外

に向かって熱が移動していく」ということになります。

これって、みんな経験的に無理だとわかっていますよね。

この当たり前のことを「熱力学第2法則」といいます。

 

そこで、これからこの熱力学第2法則についてみなさんと考えていきたいと思います。

ただし、「数式なし」で経験的・直感的に考えていきましょう。

だって、熱力学の数式は、やっかい(^^;)で苦労しました(大学時代を思い出します )(^^;

数式ばっちりの皆さんからは、不正確だ!、間違っている!と言われる

かもしれませんが、大目に見てください。

まずは理科系に興味を持って学ぶということを優先しますね。

 

この法則の内容は、「熱が低温物体から高温物体に移動することはない」という

ものです。

このことは経験的にもなるほどその通りとわかりますよね。

もし、熱が低温物体から高温物体に移動することがあったりすれば、

夏に、コップに入れた冷たい水(低温物体)の温度が、何もしないのに自然に

ますます冷たくなり、コップの周囲の空気はコップの水から移動した熱によって

ますます暑くなるということになってしまいます。

コップの水だけに注目すれば、今、室温と同じ温度のコップの水がテーブルにあります。

何もせずに放置しておくと、その内、何もしないのにコップの水がますます暑くなったり、

室温よりもどんどん冷たくなっていくということはあり得ないということです。

 

これは小学生でも生活の中で、経験上、わかっていることですよね。

この経験上、動かしがたい事実を原理・法則と呼んでいるようですが

この言葉の正確な定義には自信がありません。

原理なのだから、いちいち証明を必要とせず、その原理をベースに

他の事象を説明していけばいいのだという程度のとらえ方です。

 

なので、熱力学第2法則は、「熱が低温物体から高温物体に移動することはない」、

もっと平たく言えば、コップの中の水は勝手に熱くなったり、

室温よりどんどん冷たくなっていくことはないということです。

 

しかし、この表現のままでは、学問になっていかないだろうし、

他の事象の説明に上手く適用できないことも多い。

そこで、もっと様々な科学的事象に適用できるように、第2法則の本質を抜き出して

できることなら数式で表現してみようということになったのです。
(ようわからんけどなったはずです。)

 

そこで、多くの学生の皆さんに、

「熱力学って、????????」「熱力学イヤダー、もうだめ」と

言わせるようになってしまったんだと僕は思います。

偏微分なんかが出てきて、もうさっぱり、わからんかったな。

エントロピーの話なんかけっこう興味あったのに。

 

そこで、「熱力学の第 2 法則」に少し触れていきましょう。

前述したように数式なしでね。数式は、僕も無理ですから。

 

さて、「熱力学の第 2 法則」には、いくつか表現の仕方がありますが、

その一つで有名な「クラウジウスの原理」について、みてみましょう。

クラウジウスの原理=「低温の熱源から高温の熱源に正の熱を移す際に、

他に何の変化もおこさないようにすることはできない」

 

ややわかりにくい表現ですが、言い換えれば、

「低温の熱源から高温の熱源に正の熱を移すときには、必ず他に

(外部に)何らかの変化を起こす」ということですね。

 

これから夏になってクーラーを使います。

このクーラーで部屋を冷やす場合に当てはめれば

「低温の熱源(外よりは低温の部屋の中)から熱を奪って、

高温の熱源(外の熱い空気)に熱を移す際には、

部屋の外部に何らかの変化(電気エネルギーを使って、

クーラーのモーターが回転し、クーラー自身は発熱し、

冷媒の気体を液化して放熱し、それをパイプを通して

部屋の中の室内機に送り込みと・・・)が起こっており、

何もしないのに勝手に室内から、外に熱が排出されているのでは

ない」ということになります。

「クラウジウスの原理」に反しないことが起きているのです。

 

部屋を涼しくさせると時に、低温から高温に自然に熱が移動しているのでは

なく、クーラーの室外機で、電気エネルギーを消費して気体冷媒を圧縮し、

その液化した冷媒を室内機に送り、室内機で気化させるときに

室内の熱を奪っているのです(気化熱)。

気化熱は高校生の皆さんも習いましたよね。

 

ですので、真夏の熱い部屋から、エアコンなしで暑さ(熱)が外に出ていくことは決して

ないのです。熱力学第2法則に反しますから。

以上、当たり前の話を「熱力学第2法則」に関連づけて書いてみました。

〈スポンサーリンク〉