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KUMI_Kaoru @KaoruKumi
高校物理は私にとって越えねばならない巨大な敵でした。 私の心に巣くう、手に負えない恐怖。 今となってはなんという無茶だったことか。
KUMI_Kaoru @KaoruKumi
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
KUMI_Kaoru @KaoruKumi
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。
KUMI_Kaoru @KaoruKumi
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。
KUMI_Kaoru @KaoruKumi
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。
KUMI_Kaoru @KaoruKumi
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。

コメント

ISW @ISW007 2019年5月26日
ほほう。んでは、赤外線レーザーによる加熱装置は半導体レーザーを光源にして1200度の温度が出せるけど、光源の方は半導体として壊れない温度で作動させるからせいぜい200度くらい。これはどういう説明ができるのかな。
悟りを壊すもの @satoriwokowasu 2019年5月26日
太陽から来ているのは温風ではない。太陽光。宇宙に空気はない。   例えば、電子レンジ自体は熱くならなくても、食品は100度になる。
ISW @ISW007 2019年5月26日
光は電磁波なんだから熱力学で語っていいのかとか、太陽の表面温度が5千度だといっても5千度の点が無数にあるんだからそこからのエネルギーを集めれば5千度超えるんじゃねとか、高校生どころか中学生でも抱きそうな疑問がスッキリと解消されなければ、説明として受け入れられないと思うけどな。
エリ・エリ・レマ・サンバディトゥナイ @mtoaki 2019年5月26日
ヒートポンプは魔法使ってるってこと?
KUMI_Kaoru @KaoruKumi 2019年5月26日
ISW007 ほほうレーザーは波長重ねでできていることはスルーなわけですかそうですか。
KUMI_Kaoru @KaoruKumi 2019年5月26日
ISW007 電磁波にエネルギーは関係ないというわけですか、ホーキング博士もひざまずく新説に驚愕。
KUMI_Kaoru @KaoruKumi 2019年5月26日
satoriwokowasu あなたはあほですか。電子レンジでブツが熱くなるのはブツのなかに含まれる水分子が電磁気によって超高速振動しておしくらまんじゅうするからでございます。
いくら @YamadaIkra 2019年5月26日
すんごい遠くの太陽でなく、もっと近くにある熱源を考えると分かりやすい気もするんだが、うまい説明は思いつかない。
nekosencho @Neko_Sencho 2019年5月26日
単純に、何かを加熱する装置として使う場合、加熱したいものを支持する装置が溶けちゃうからあまり高温にしてない(できない)だけで、理論上はがんがん上がるよ。 要はエネルギーの収支であって、光源の温度じゃない
nekosencho @Neko_Sencho 2019年5月26日
もちろん、すげえ加熱された試料はそれなりのエネルギーを放射するだろうけど、それを上回るだけのエネルギー(この場合は光)を当てれば、上回った分のエネルギーが加熱にまわり温度は上がる。
nekosencho @Neko_Sencho 2019年5月26日
ところで、太陽表面は六千度、コロナが百万度、光源の温度が限界説を唱えてる彼は、いったいどっちの温度を上限と思ってるのかをちょっと聞いてみたいのだが、どうだろう?
gunjo-chan @yama4321 2019年5月26日
中間にある物体の温度もしくは熱から形を変えた存在のふるまいが如何様であろうとも関係ないと出来るなら太陽表面じゃなくて太陽中心の温度を気にしないとだめなんじゃないの?つまり 5000 度を超えることは楽勝であり目指せ 1500 万K(Wikipedia より)。
とろろ @ein18790314 2019年5月26日
エネルギー生産と消費(様々な現象や放射の結果も含め)が均衡していれば状態は変わらんけど、 逐次エネルギーを与え、消費を上回れば差分がどんどん蓄積するわけで。 太陽光で言えば、表面温度は諸々が均衡してる状態。 虫眼鏡で電磁波のエネルギーを寄せ集めたら、 発散と均衡するまで温度は上がるよ。 あとは集め方の問題。
ネワノ @One_of_Engineer 2019年5月28日
多分、「ある物体の黒体輻射を熱源として、他の物体を加熱する場合、到達最高温度は熱源以下となる」は正しい。これは輝度の保存により光源以上の輝度となる集光ができないこと、および、利得と損失が同一過程であることが主な理由となる。これにより熱力第二法則に従いはするが、導出は出来ないと思われる。というか熱力第二法則自体が量子論からの多数極限としては導出されていないはず。(ちなみにオームの法則も同様に導出は行われていない)
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