太陽コンロを使って、太陽より熱くできるかな

uroak_miku @Uroak_Miku

熱力学の概説書を私が書き下ろすとして、第二法則をどうイメージさせるか…こんなクイズはどうかな。虫眼鏡で太陽光を集めて紙を焼くのって皆さんやったことありますよね。理論上は太陽表面より熱くできるわけです、焦点を。 と・こ・ろ・が、ある理由で実際には不可能なのですよ。 どうしてでしょう

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熱力学の第二法則とは「熱は、温度の高いところから低いところに移る」。あったりまえじゃんと思いますよね、逆なんて経験的にもあり得ないのだから。 しかし、これが本当にわかっていないと、虫眼鏡クイズには正解できない。

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仮に太陽表面温度が５０００℃、虫眼鏡によって焦点を１５０００℃つまり三倍にできたとします。 ５千度から１万５千度に、熱は移動できるのでしょうか？ できないわけですよ。

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つまり、１万５千度の焦点なんてものが可能だとしても、太陽表面より温度が高いわけだから、「焦点から太陽に向かって」熱が移動することになります。 １万５千度➾５千度 これなら第二法則に沿うの。

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うーんこんな感じで、思考実験をクイズにして解説していく、大学生向け（しかし高校生にもわかる）物理教科書をあれこれ書き下ろせないものでしょうか。