第16章熱力学

16.3 The Second and Third Laws of Thermodynamics16.3　熱力学の第二法則と第三法則

The Second Law of Thermodynamics熱力学の第二法則

1. The objects are at different temperatures, and heat flows from the hotter to the cooler object. This is always observed to occur spontaneously. Designating the hotter object as the system and invoking the definition of entropy yields the following:

   英語のヒント

   二つの物体の温度が異なり、熱が高温の物体から低温の物体へ流れる。この過程は常に自発的に起こると観察される。高温の物体を系と定め、エントロピーの定義を適用すると、次のようになる。
   $\text{Δ}{S}_{\text{sys}}=\frac{\text{−}{q}_{\text{rev}}}{T_{\text{sys}}}\text{and}\text{Δ}{S}_{\text{surr}}=\frac{q_{\text{rev}}}{T_{\text{surr}}}$

   $\text{Δ}{S}_{\text{sys}}=\frac{\text{−}{q}_{\text{rev}}}{T_{\text{sys}}}\text{および}\text{Δ}{S}_{\text{surr}}=\frac{q_{\text{rev}}}{T_{\text{surr}}}$
   The magnitudes of −q_rev and q_rev are equal, their opposite arithmetic signs denoting loss of heat by the system and gain of heat by the surroundings. Since T_sys > T_surr in this scenario, the entropy decrease of the system will be less than the entropy increase of the surroundings, and so the entropy of the universe will increase:

   −q_revとq_revの大きさは等しく、その反対の符号は、系が熱を失い、周囲が熱を得ることを表す。この場合にはT_sys > T_surrなので、系のエントロピーの減少は、周囲のエントロピーの増加より小さい。したがって、宇宙のエントロピーは増加する。
   $\begin{array}{l}\left|\text{Δ}{S}_{\text{sys}}\right|<\left|\text{Δ}{S}_{\text{surr}}\right|\\ \text{Δ}{S}_{\text{univ}}=\text{Δ}{S}_{\text{sys}}+\text{Δ}{S}_{\text{surr}}>0\end{array}$
2. The objects are at different temperatures, and heat flows from the cooler to the hotter object. This is never observed to occur spontaneously. Again designating the hotter object as the system and invoking the definition of entropy yields the following:

   二つの物体の温度が異なり、熱が低温の物体から高温の物体へ流れる。この過程が自発的に起こることは、まったく観察されない。再び高温の物体を系と定め、エントロピーの定義を適用すると、次のようになる。
   $\text{Δ}{S}_{\text{sys}}=\frac{q_{\text{rev}}}{T_{\text{sys}}}\text{and}\text{Δ}{S}_{\text{surr}}=\frac{\text{−}{q}_{\text{rev}}}{T_{\text{surr}}}$

   $\text{Δ}{S}_{\text{sys}}=\frac{q_{\text{rev}}}{T_{\text{sys}}}\text{および}\text{Δ}{S}_{\text{surr}}=\frac{\text{−}{q}_{\text{rev}}}{T_{\text{surr}}}$
   The arithmetic signs of q_rev denote the gain of heat by the system and the loss of heat by the surroundings. The magnitude of the entropy change for the surroundings will again be greater than that for the system, but in this case, the signs of the heat changes (that is, the direction of the heat flow) will yield a negative value for ΔS_univ. This process involves a decrease in the entropy of the universe.

   q_revの符号は、系が熱を得て、周囲が熱を失うことを表す。この場合も、周囲のエントロピー変化の大きさは、系のものより大きくなる。しかし今回は、熱の変化の符号（すなわち熱の流れの方向）から、ΔS_univの値は負となる。この過程は、宇宙のエントロピーの減少を伴う。
3. The objects are at essentially the same temperature, T_sys ≈ T_surr, and so the magnitudes of the entropy changes are essentially the same for both the system and the surroundings. In this case, the entropy change of the universe is zero, and the system is at equilibrium.

   物体は実質的に同じ温度、T_sys ≈ T_surrにあり、そのためエントロピー変化の大きさは、系と周囲で実質的に等しい。この場合、宇宙のエントロピー変化はゼロであり、系は平衡状態にある。
   $\begin{array}{l}\left|\text{Δ}{S}_{\text{sys}}\right|\approx \left|\text{Δ}{S}_{\text{surr}}\right|\\ \text{Δ}{S}_{\text{univ}}=\text{Δ}{S}_{\text{sys}}+\text{Δ}{S}_{\text{surr}}=0\end{array}$