【エントロピーをめぐる冒険①】熱力学は、古くて、そして、とても、新しいらしい💦

こんにちは、カタツムリ系です🐌

エントロピーというのは、大まかに言うと、使用済みで、再利用不可のエネルギーのようなイメージ。もちろん、私だけの「イメージ」💦。エネルギー保存の法則から、エネルギーは消えてなくならないのだけれども、時間が元に戻らないように、そうしたエネルギーも、元の利用可能は新品？には戻れないようです。不可逆性というのだそうです。ただし、ニュートンなり量子力学なりでは、「元に戻れない」とは「言ってない」ので、なかなか厄介な代物らしいです。さらに、エンジンの本に触れて、プラモデルもそんなに好きではなかったし、理科の実験なんか特に関心なかった私が、意外にも面白いと感じました。

→エンジンのABCの引用

そんなエンジンが基礎にする「熱力学」の本↓。またまた、期待です。しかも、わざわざタイトルに「冒険」とまで付け加えられていて、なんらかの、ドンデン返しを期待してしまいます💦

エントロピーをめぐる冒険 初心者のための統計熱力学 (ブルーバックス)

出典はアマゾンさん。

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【目次】

エンジンとは熱のこと

産業革命の頃は蒸気で動力を起こすことで、画期的な産業の進歩があったようです。そう、ワットの蒸気機関車とか。

ワットとは - コトバンク 

しかし、熱力学の分野では、ニュートンとかアインシュタイン並みのスタートらしいカルノーさんという人は、別の視点を小さい頃から持っていたとか。

P-29

エンジンの機能にとって「蒸気」は本質的ではない。加熱することこそが要諦なのであって、膨張するもの（作業物質）は空気でも水蒸気でも、なんでも構わない

例によって分かったような分からないような話ですが、とにかく我々はエンジン＝熱と覚えておけばよいようです💦

温度のアップダウンのコントロールが、エンジン操作のカギ

P-34

気体は膨張すれば温度が下がり、圧縮されれば温度は上がる

まぁ、シンプルと言えばシンプルですが、これが、エンジンというアイデアの源泉のようです。空気が膨張すれば、周りの空気を押すので「動力」が得られます。もっとも、それだけだと「一回きり」なので、持続的な動力に変換させるためには「サイクル」が必要です。

P-35

つまりエンジンが仕事を続けるには、熱がエンジンに滞留するのではなく、熱の<流れ>、すなわち、熱の流れ込みと流れ出しの両方が絶対に必要のだ

だから、

•    「熱の流れ込み」↓
•    「空気の膨張」↓
•     「動力の取り出し」↓
•    「熱の流れ出し」↓
•    「空気の圧縮」↓
•     「元の状態に」

という「サイクル」が活きてくるよう。そういう意味では、エンジンに流れ込んできた熱を常に捨てるわけですが、そういう空冷な水冷は貴重な熱資源を浪費しているのではなく、必要なプロセスらしい。

ちなみに、「気体の膨張→温度下降」「気体の圧縮→温度上昇」がシンプルと書きました。しかし、Googleさんとよく言及されていますが、Webの仕組みも基本は、「インプット→アウトプット→インプット」の繰り返しですね。

エンジンは水車のアナロジーで考えると、より分かりやすいらしい

「熱を生む」エンジンを、わざわざ「水」を使う「水車」で整理とは、いろいろ、ややこしい💦さらに、最近はあんまり水車を目にすることもないですし。でも、オランダの写真なんかでよく見る牧歌的なアレです↓

•    水が水車に「流れ込んで」↓
•    動力を取りだし、水車は回り↓
•    水は水車から「流れ出して」いきます

P-35

動力の源はみずそのものではなく、水の状態の変化、すなわち<高低差>にあるわけである（中略）では熱エンジンにおいて、水力の<高低差>に対応するものは何か（中略）「そこに差があれば、熱が流れる」ような何かーーすなわち<温度差>

そう言えば、電流も電圧次第、すなわち電圧の差（電位差）で動いたはず。どれもこれも「高いところから低いところに移る」という、シンプルだけど、どこか「永遠」を感じさせるような根本原理で動いているようです💦

最後に

エンジンをめぐるロジックはなかなか奥が深そうだし、なにかと興味が湧きます。クルマ好きの方のように、実際のエンジンをこねくり回した経験はありませんが、今はなぜか、エンジンへの関心が高い温度で膨張中です💦

また、次回

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