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熱力学を学ぶスレ @ [物理学板]


熱力学を学ぶスレ @ [物理学板]
1: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/10/09(土) 21:27:59 ID:ID:
蒸気機関の研究という目的から始まり、現代では化学や物性物理学の基礎となっている熱力学。

その体系は熱力学の法則として綺麗にまとめられているし、扱われる数学も決して高度ではないはずなのに、エントロピーだとか自由エネルギーだとか化学ポテンシャルだとか、直感では理解しがたい物理量がわんさか出てきてマクスウェルの関係式が出てくる頃にはもうお手上げ状態という人も多いはず。

そんな初学者を救うスレです
4: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/10/14(木) 18:31:47 ID:ID:
可逆機関Aと不可逆機関Bを用意します。
この二つを合わせた機関をCとします。

道具は揃った。
5: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/10/14(木) 18:47:35 ID:ID:blPwGi1m.net
お金が無いので用意できませんでした
6: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/10/14(木) 18:56:24 ID:ID:
>>5
(ノ∀`)カワイソウダナー
7: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/10/25(月) 00:09:11 ID:ID:9EiUjFJs.net
第二法則って時間と関係ある?
8: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/10/25(月) 23:03:14 ID:ID:
もちろんさー
物理法則は時間対称になっていないことを示す大事な法則だからね
結局のところ、熱力学第二法則は「時間には方向性がある」と主張したいだけなんだから
9: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/10/26(火) 00:15:48 ID:ID:
>>8
>だけなんだから
えー....それはいいすぎ。
管理人より:まとめて書いておきます。
「熱力学第一法則」…物体に外部から加わった仕事と熱量との和は、内部エネルギーの増加に等しいという法則。
「熱力学第二法則」…熱は高温から低温に移動し、その逆は起こらないという法則。
「熱力学第三法則」…絶対零度ではどんな物質のエントロピーも零になるという法則。
11: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/11/01(月) 18:17:13 ID:ID:iKOtlU0i.net
断熱系のエントロピーは減少しない
これしか頭に残ってない
12: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/11/01(月) 19:49:48 ID:ID:g/03VmMN.net
エントロピーはなんで状態数の自然対数をとるんだ?
なんで突然どっからlogがでてきた
13: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/11/01(月) 21:43:55 ID:ID:
>>12
どう見てもスターリングの近似式使いたかっただけ…のように見えるよね。
つまり、相当でかい数値を扱うので、細かい部分をそぎ落とすためにlogをとったのかな。
あるいは指数について色々と議論したければlogをとることになるね。
14: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/11/01(月) 21:45:48 ID:ID:
logとか取らないと加法性すら成り立たないぞ
15: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/11/01(月) 21:56:36 ID:ID:
>>14
なるほど。物理的性質から同じ演算形式をとる演算子がlogだったということか
管理人より:「エントロピー」とは、熱力学における、熱量の散らばり具合、乱雑さを示す状態量。「形あるものは必ず壊れる」みたいなアレで説明されるとおり、閉鎖系のエントロピーは増大する一方…ということになっています。
17: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/11/05(金) 23:17:47 ID:ID:RXm2iqI/.net
教えてください

対向流の熱交換器で1次媒体2次媒体共に水で、流量も同じ熱損失はないとすれば、1次媒体と2次媒体の温度変化は同じになりますか?
おそらく低温媒体への入熱と高温媒体からの放熱が等しいので、温度変化も同じになると思うのですが…

しかしそうした場合対数平均温度が0になってしまい、熱交換器の熱伝達係数を求めることができません。
温度による比熱の違い等を考慮する必要があるのでしょうか?
複数質問になりますが、詳しい方がいればよろしくお願いします。
18: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/11/06(土) 00:45:41 ID:ID:
lim[ΔT1→ΔT2](ΔT1-ΔT2)/ln(ΔT1-ΔT2) = ΔT2

心配なら対数平均温度差法の導出をなぞってみたら。
19: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/11/06(土) 10:43:22 ID:ID:
バカな俺にも教えて下さい。

焼却カロリーが6000カロリーの物を、温度1000℃の炉で完全焼却出来ると云うことを説明するにはどうしたらよろしいのでしょうか?
よろしくお願いします。
20: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/11/06(土) 10:55:44 ID:ID:
温度関係あらしまへん
21: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/11/06(土) 12:50:49 ID:ID:
>>20
ありがとうございます。
カロリーを温度に変換出来ないのは重々承知なんですが、自分も含め、全くの素人さんに説明するにはどうしたらいいのかな…と思いまして。
管理人より:「カロリー」はエネルギー量の単位のひとつで、水1gの温度を1℃上昇させる熱量、という定義。最近ではあまり使われず「ジュール」のほうが使われます。1カロリー=4.184ジュール。
23: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/11/15(月) 23:11:14 ID:ID:
なんか出てきた。
世界初「情報をエネルギーへ変換することに成功」理工学部教授 宗行 英朗と助教 鳥谷部 祥一が記者会見を行いました
これまで理論上の存在であった「マックスウェルの悪魔」を、世界で初めて実験により実現しました。
マクスウェルの悪魔
管理人より:リンクは生きてるやつに差し替えてあります。「マクスウェルの悪魔」とは、分子の運動をつぶさに観察できる存在を定義し、第二法則(エントロピー増大則)を破ることが可能だとした仮説。具体的には隣り合って独立した容器に出入り口を作り、動きの速い分子と遅い分子を出入り口で選択して移動させれば、左右の容器で仕事なしに温度差が作れる云々。
26: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/11/28(日) 23:22:22 ID:ID:
螺旋階段を粒子が上ったときに壁をおろす。
そのときにはエネルギーが不要って部分をもっと説明してほしい。
30: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/12/08(水) 09:03:28 ID:ID:
場をつくることそのものが熱放射だとしたらどうなる?
34: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/12/09(木) 23:47:09 ID:ID:
>>30
日本語を勉強しよう。
31: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/12/08(水) 20:19:46 ID:ID:
浸透現象って分子レベルのミクロではどういうことが起きてるんでしょうか?
溶質からのクーロン力や分子間力によって、溶媒が引かれているとかそういう感じじゃない気がしますが。
32: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/12/08(水) 22:35:18 ID:ID:
ブラウン運動なんじゃないの?
33: ご冗談でしょう?名無しさん 2010/12/08(水) 23:39:27 ID:ID:
教科書読めばパーコレーション
管理人より:「ブラウン運動」は、水などの媒質の中の微粒子が、熱エネルギーによって不規則な運動をすること。
パーコレーション」とは、いろんな分野でちょっと違うようで、なんだかよくわかりませんが、熱力学においては
熱伝導率が低い樹脂に、熱伝導率が高いアルミナなどのフィラー(粒子や繊維)を充填させていくと、ある程度の充填率で熱伝導率が飛躍的に上昇することが知られています。また、絶縁体の樹脂に導電性の高いカーボンなどを充填していくと、同様にある程度の充填率で電気伝導率が飛躍的に上昇します。このように特性が変化する現象はパーコレーション(Percolation)と呼ばれています。
どうやって短く縮めて文章に書けばいいかわからなかった。
36: mu 2011/01/25(火) 03:22:59 ID:ID:6gdoUl0a.net
Q=mcT ∴S=Q/T=mc(熱容量)
これは高温はより多くの熱量を出す能力を、低温はそれなりに熱は広がっていくが、それはmが増大することだ。
多くのものに熱が移ると言うことはmが増えることではないか。
つまりエントロピー S の増大の法則だな
可逆ではSは一定。つまりmは一定。一定だから可逆なんだ。
41: ご冗談でしょう?名無しさん 2011/01/26(水) 11:08:29 ID:ID:
まずQ=mcTではない件
TとΔTの区別くらい…
37: ご冗談でしょう?名無しさん 2011/01/25(火) 10:47:12 ID:ID:
ポエムはポエム板へ
45: サラ・リーマン予想 2011/02/02(水) 00:00:34 ID:ID:
第二法則って単なる経験則ダロ?
46: ご冗談でしょう?名無しさん 2011/02/02(水) 13:43:39 ID:ID:
熱力学の範囲だとね
47: ご冗談でしょう?名無しさん 2011/02/02(水) 14:15:12 ID:ID:
統計力学まで進んでも、なぜ過去から未来へ一方通行的に時間発展するのか?は誰も説明してくれない。
時間が過去から未来へ一方的に進む事(時間の非対称性)を前提として認めれば統計力学で説明が着く。
が、なぜ過去と未来が非対称なのかについての説明は「まだ」無い。
48: MUよりの使者 2011/02/04(金) 03:29:15 ID:ID:h5zQqOVB.net
私が説明しよう。

我々の世界の空間が3次元だと言うことは知られている。
平面に裏と表があり、2次元平面世界の住人はその表に住むか、裏に住むかによって3次元の一方の方向しか知りえない。
数学では2次元空間を3次元から見て超平面という。

では4次元空間から見ると3次元空間、いわゆる我々の空間は超平面である。
だから裏表があり我々はその表に住んでいるとして第4次元は時間であるが、裏はマイナスの時間。表はプラスの時間のみと言うことになり、プラスの時間はただ進むのみ。なのである。
57: ご冗談でしょう?名無しさん 2011/04/17(日) 23:00:08.82 ID:ID:
多重平行流型熱交換器では対数平均温度差に補正係数Fをかける必要がある。
と説明があり、補正係数は理論的に求められるそうなのですが、導出をしているテキストがあれば紹介してください。
58: ご冗談でしょう?名無しさん 2011/05/05(木) 03:40:50.43 ID:ID:
熱力学―現代的な視点から (新物理学シリーズ)田崎・熱力学ってどう?
周りは絶賛してるけど、どうもこの論理展開は自分には合わないな
59: ご冗談でしょう?名無しさん 2011/05/05(木) 13:50:19.27 ID:ID:
>>58
これ読んだけど絶賛されるだけはある
この本で出てこない公式とか関係式を自分で導出したりするとかなり力付くだろうな
ただ読んだだけでは理解したつもりになってる場合が多い
60: ご冗談でしょう?名無しさん 2011/05/05(木) 18:37:04.25 ID:ID:
>>58
俺もこの論理展開は合わないが、例としていろんな系が載ってるのは結構いいと思う、溶液の熱力学とかね

論理展開的には俺は佐々が好きだな
具体的な系は少数しかないし、実用的に重要な定圧系に関しては何も書いてないけど
61: ご冗談でしょう?名無しさん 2011/05/05(木) 21:32:12.66 ID:ID:
SI単位で 8.314 J/(mol・K) である。atm・l/(mol・゚C) では、どのような値になるか?

これ、課題なんだがやり方がよく分からん。
ケルビン と ℃ は、同じ温度だから、簡単に換算できるんだが、ジュールからアトムの変換がよく分からん。
だれか教えてくれ、たのむ
63: ご冗談でしょう?名無しさん 2011/05/05(木) 21:45:16.56 ID:ID:
>>61
1J = 1/101.3 L・atm

8.314 J/(mol・K)
= 8.314 J/(mol・K) * 1/101.3[L・atm/J
= 0.082 L・atm/mol・K
67: ご冗談でしょう?名無しさん 2011/05/11(水) 08:49:37.43 ID:ID:
15. ある蒸気タービンの質量流量12000 kg/h、入り口速度240 m/min、出口速度720 m/min、入り口の比エンタルピ 2500 kJ/kg 、出口の比エンタルピ 2000 kJ/kg 、1時間あたりの熱損失120000 kJ/hとして、出力(kW)を求めよ。

だれか、これ教えてくれ
エネルギー保存の式で解くのかと思ったけど出力?ってなって、さっぱりだ
68: ご冗談でしょう?名無しさん 2011/05/11(水) 13:30:02.54 ID:ID:
入り口と出口の全熱の差×流量-損失
69: ご冗談でしょう?名無しさん 2011/05/11(水) 17:07:32.54 ID:ID:
ヘルムホルツの自由エネルギーの変分原理から定式化することってできないかな?
できるかどうか分からないけどそういう教科書ってある?
71: ご冗談でしょう?名無しさん 2011/06/18(土) 23:39:50.79 ID:ID:kqiME5gd.net
熱力学を独学している際の疑問なんだが、エンタルピーの定義 H = pV + U から一般的な dH = Vdp + d'Q が得られて、ここでエンタルピーはエネルギーの単位であり、d'Q がエネルギーであることは自明だが、Vdp についても確かめてみると(ピストンの面積をS,変位をx,力をF)

Vdp = V(dF/S) = xdF

とここまで還元できたのだが、一般に力学で定義されているFdxとは形が違い、逆転してしまっている
これは熱力学についてのみ認められているエネルギーの表現と解していいのだろうか?
72: ご冗談でしょう?名無しさん 2011/06/19(日) 00:21:02.35 ID:ID:
>>71
ここでエンタルピーはエネルギーの単位であり、d'Q がエネルギーであることは自明だが、Vdp についても確かめてみると(ピストンの面積をS,変位をx,力をF)

Vdp = V(dF/S) = xdF

とここまで還元できたのだが、一般に力学で定義されているFdxとは形が違い、逆転してしまっている
これは熱力学についてのみ認められているエネルギーの表現と解していいのだろうか?
エネルギーの単位であることを確かめたいだけならどっちにdが付いても単位は同じじゃないの。
エンタルピーH は U とは違うんだから Fdx じゃなくて xdF になるのは当たり前だと思うけど。
73: sage 2011/06/19(日) 01:35:19.52 ID:ID:2yX6xg8J.net
>>72
確かに次元そのものではそうだが、従来(力学)のエネルギーの表現としては不適当なので、xdFという形においても
エネルギーを再定義するか、拡大解釈する必要が出てくるのでは?
あるいはいままで通りの解釈でエネルギーとみなせるのか、っていうのが本旨です
75: ご冗談でしょう?名無しさん 2011/06/19(日) 03:22:01.35 ID:ID:
>>73
やっぱり言いたいことがよく分からないけど、エンタルピーはエネルギーじゃない。だから何も問題ない。じゃ駄目なの?
管理人より:「エンタルピー」とは、熱力学における、熱量の吸収と放散の挙動に関わる状態量。物質や場の内部エネルギーが、定圧下で外部に仕事の和を示す。
10.13追記:「エントロピー」と説明が間違ってたので上のほうに移動しました。ご指摘どうも~
74: ご冗談でしょう?名無しさん 2011/06/19(日) 02:36:31.17 ID:ID:fxPSMXJG.net
絶対零度って物質が全て運動をしなくなるんでしょ
時を止める能力があったら止めた時点で全ての運動が止まって凍りつくよね
そういう事じゃない?
76: ご冗談でしょう?名無しさん 2011/06/19(日) 04:07:34.17 ID:ID:i3J2nGUs.net
ダメです。

物理で熱力学やってないひと以外にはまったく用のないまとめ。三連休だというのに、こんな地味記事まとめて、誰か読むひといるんでしょうか。 類似スレこのあたり。
エアコンの室外機がジャマくさいよスレでは、なんとか住民が知恵を絞って室外機をなくそうとがんばり、しまいにはマクスウェルの悪魔くんまで召喚する始末でしたが…。
72: オーバーテクナナシー 投稿日:2007/07/12(木) 19:39:56 ID:1YX7S8jF
俺んちには、マクスウェルの悪魔くんが居るからチョー快適。
73: オーバーテクナナシー 投稿日:2007/07/13(金) 05:04:18 ID:DrI6mkVb
マクスウェルの悪魔自身が出すエネルギーで室温が上がらないかい?
74: オーバーテクナナシー 投稿日:2007/07/13(金) 05:09:02 ID:qPTTBtKj
部屋は閉鎖系ではないから問題ないよ。
マクスウェルの悪魔は室外においておけば良いんだ
…結局、室外機か室外悪魔が必要、という結論でした。
こちらのスレ巻末で書いたように、アイスドラゴンさんだって氷のブレスを吐き出そうと思えば、ケツの穴からブレス用に奪った熱を排出せねばならず、エネルギーの物理的制約というのは、案外大きいと感じる。

かなり前にこちらのスレでもちょっとあったんですが、ファンシーな魔法パワーと物理的制約のバッティング具合をどう説明すれば良いのか。気になりますよ。(お前だけな

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    • ※1 : ドクター・ノオ・ネーム
    • 2019.10.12 23:01
    比較的最近、量子レベルでなら時間の矢を逆転させられるって研究結果が出てたな
    • ※2 : ドクター・ノオ・ネーム
    • 2019.10.13 0:01
    75でエンタルピーとエントロピー間違えてるよ
    • ※4 : ドクター・ノオ・ネーム
    • 2019.10.13 7:35
    読んでますよ!管理人さん!
    • ※6 : ドクター・ノオ・ネーム
    • 2019.10.13 19:20
    むしろ文系のまとめは知識不足でわからんから、理系まとめは歓迎だ
    • ※7 : ドクター・ノオ・ネーム
    • 2019.10.13 21:47
    基礎の基礎だけど、エンタルピーとエントロピーは別物まから。
    • ※8 : Dr. NoName
    • 2019.10.14 6:25
    ※14
    「加法性〜」って言ってるのと本質的には同じ説明だけど、
    例えば取りうる状態が3個あるような粒子が相互作用なしでN個ある場合を考えると、全体系の取りうる状態は3^NとNに対して指数関数的に増加する。指数関数は変化が激しすぎて扱いづらいのでlogをとって「状態数の尺度」=エントロピーと考えると有用なことが多い。logを考える際に必然的に出てくる底の自由度はlogを取った後の定数倍に対応するので、そこもちょうど良い。
    何かが指数関数的に変化しうる場合は得てしてlogを取るのが「適切な尺度」を考える際に有効、みたいな直感は数学を扱う人なら共有しておきたい感覚。
    • ※9 : ドクター・ノオ・ネーム
    • 2019.10.15 8:06
    熱力学(統計力学ではない)って実はクッソ面白いし応用範囲も限りない
    理系は一回田崎さんの教科書読んでみて欲しい
    絶対熱力学に対する印象が変わると思う
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