天才UFO 熱・化学11:カルノーサイクル(最も効率の高い熱機関)(1824年:カルノー)
http://tensai-ufo.com/text/tex34.htm
見事に温度差のある接触をなくしている!そしてこの過程が可逆であることにも気づき、この可逆性こそが、最高の効率を発揮させるポイントであることを示した。そうでなければ、「熱はひとりでに冷たいものから熱いものに流れることはできない」という仮説と矛盾が生じることを論理的に証明したのである(カルノーの定理)。
この「天才UFO」というサイトは科学の偉人たちの研究を手際よく説明している好サイトで、毎日一回は読むくらいハマっているのですが、おかげで科学の色々なことに興味が湧いてきています。
このサイトで知った中で、今まで聞いた事も無かったのがこのカルノーサイクルという言葉。なんか調べてみると、高校の物理で習う範囲の話らしいのですが、こんな言葉聞いたこともねー~(困惑) という事で逆に興味をそそられて色々調べてみたのですが、そこで見つけた面白いなと思ったのが以下の二つのサイトです。
■一つ目:良く解るカルノーサイクル
ときわ台学/化学熱力学/カルノーサイクル
http://www.f-denshi.com/000TokiwaJPN/35chmth/050chmt.html
豊富な図を使ってカルノーサイクルとはなんぞや? を巧みに説明しています。いろいろなサイトを見て回りましたが、ここが一番わかりやすいような気がします。あとお固い数式の合間の独特の言い回しが面白いです。こんな感じ。
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では,具体的にどのような手段で系の温度を低下させたら熱機関にとって好都合なのでしょうか?その手段として,シリンダを低熱源に順々に接触させて熱を奪うなどという無粋なことをカルノーは考えませんでした。
もし,高温の気体の入ったシリンダと低温の熱浴を直接接触させると,仕事に寄与しない単純な高温から低温への熱の移動(=熱伝導)が生じ,それは熱機関としてはエネルギーのロス以外何ものでもないと考えたからです。
実際,その当時の蒸気機関では,せっかく石炭を燃焼して作り出した高熱蒸気を水で冷却する工程が含まれていました。それを見ていたカルノーは「なんて無駄なことを!」と考えていたに違いありません。
物理学のページとは思えない味のある文章がなんともいい感じです。
しかし何故断熱過程で勝手に膨張したり収縮したりするのかはどうにも解らん……
二つ目:良く解る熱力学
雑科学ノート - 熱の話 -
https://hr-inoue.net/zscience/topics/heat/heat.html
とにかく長い……、かなりの文章が改行も無く延々続いているなど、読み通すには結構体力が要ります。しかしそれを差し引いても面白い。「熱とは何なの?」から始まって、内部エネルギーとかその他の話を分かりやすく説明しています。
とくにカルノーサイクルの説明では、お題目の様に出てくる「可逆機関は不可逆機関より効率がいい」「不可逆機関は最高の効率」という事の説明部分は、このサイトを見て初めて腑に落ちました。
物理って実際に試験を受けたりするのでなければ、調べるのって面白いよね……