2017年6月22日。

補講で熱力学第二法則のところの第1回目。まず、序論(具体的には実在気体の状態方程式に関するもの)と第一法則のところの演習だが、誰も黒板にやらない。仕方ないので、レポートとして提出する問題を決めて、演習は終り。

第二法則の最初は、カルノーサイクル。それに入る前に、覆水盆に返らずを繰り返す。一度摩擦熱が発生してしまうと、それを元に戻すことはできない、を繰り返す。また、では環境中に汚染物質を排出してしまった場合はどうか。海水に汚染物質が拡散してしまった場合、回収困難ですが、汚染された海水をポンプでくみ上げて、フィルターに通せば、元に戻りますね。しかし、ものすごいエネルギーが必要となりますね。ポンプを運転するのに燃料が燃焼して熱を発生するし、ポンプ自体が摩擦熱を発生しますね。発生した(摩擦)熱を回収することはできませんね。サイクルは既に定義しているから、等温度過程と断熱過程からなるサイクルとして、カルノーサイクルを定義。その後、作業物質として理想気体を用いた場合のカルノーサイクルの熱効率を計算する。最後に可逆サイクルの定義を述べて終り。

次の節は、自然には起こりえない現象の列挙から。熱の仕事等量のジュールの実験、熱伝導の例、気体の自由膨張、物質の混合をまず挙げ、これら経験的に知っているものは熱力学第二法則としてまとめられる、と。論理的に書いたものにトムソンの原理とクラウジウスの原理があると、教科書の記述を読んだ後に、図を描く。第二種永久機関は存在しないという形の第二法則は、オストワルトの原理と呼ばれると補足。トムソンの原理とクラウジウスの原理が等価であると述べ、まずトムソンの原理に反するサイクルが存在したら・・・ということからはじめ、トムソンの原理→クラウジウスの原理を板書しながら説明。クラウジウスの原理→トムソンの原理については、教科書の図で説明。合成機関による証明には、実は注が必要なのですが、今日は述べません。数学的に厳密な論理としての熱力学を期待していたかもしれないが、熱力学は計算の学問ではなく、思索の学問、と補足。

最後に可逆過程と不可逆過程の節。私の言い方の「環境・外界まで含めて全てを元の状態に戻すことができる過程が可逆過程」と既に言っているので、軽くそれを繰り返した。「可逆過程=準静的過程」も既に述べているが、これは板書した。そして、力学の問題では準静的でない可逆過程が存在すると、教科書の例を見て述べる。この力学の場合は、摩擦が存在しない、と念押し。無限にゆっくりであるだけでは、準静的可逆過程にはならない。過程の途中で状態が定まらないといけない(平衡を保っていなければならない)、と言うことを、教科書の下線を引いてあるところを示しならが繰り返す。最後に、サービスと称して、老化等を考えなければ、毎日同じ食物を摂取し排泄を行っていれば、1日経てばあなた方のからだは同じ状態に戻りますね。しかし、食物摂取と排泄により、環境は変化してしまっているんですよ。環境に排出したもの、元に戻せませんね。と加える。