エントロピーの変化について

質問

物理の授業で「自発的に起こる変化にはエントロピーの増大が伴うことはどうしてわかるか説明せよ」という課題が出ました。
私は、物理を専門的に勉強しているわけではないので、ネットで探してもどの情報が正しいのか、どの情報が質問に即した答えなのか判断がつきかねます。また、「自発的に～増大がともなう」とまでは言っていても「どうしてか」という部分に対する答えが見つかりません。

なので、このような質問に即する文献や、信頼できるホームページを探しています。知っている方がいらっしゃったら教えてください。

回答No.3

htms42 · ベストアンサー

＞これは例を上げたり、具体的に計算すれば良いと言えばいいのでしょうか…

課題として書かれている文章があいまいで意味がよく分かりません。
課題を出した先生に「一体何をせよと言っているのか、もう少し具体的に説明してほしい」と言ってみるのがいいのではないでしょうか。

例を挙げて計算せよというのであれば、そういう文章で課題を出せばいいのです。
当然そういう不可逆現象が起こった時のエントロピー変化の計算方法は学習済みであることが前提になります。
でもこの文章の雰囲気からするとそういう手順を踏んでのものではないだろうという印象です。

不可逆変化の代表は熱の移動と物質の拡散です。
＃１に例が書かれている「温度Ｔ１の物体とＴ２の物体を接触させると熱が高温から低温に移動してＴ１，Ｔ２の間の温度Ｔで平衡が実現する」という変化についてエントロピー変化を求めることは授業でやられたのでしょうか。（この場合のエントロピー変化と自由膨張でのエントロピー変化を求めてみるというのはエントロピーがどういうものであるかを理解するステップとしては欠かせないものであると思っています。）

「不可逆変化に伴ってエントロピーが増加する」ということだけであれば「エントロピー増大の法則」として書かれていることの周辺のことを説明せよと言っているのだろうと思います。でも「どうして分かるか、説明せよ」と言われると何を言えばいいのか？、判断に迷うのです。

外部から隔離された系で不可逆変化が起こればエントロピーが増える、ｄＳ≧０　であるというだけであれば言葉を式に置き直しただけですから説明にはなっていません。この式を導くのであれば第一法則、第二法則、エントロピーの定義から順番に説き起こしていく必要があります。

お礼

再度回答をありがとうございます。
式についてですが、一般大ではないため「これを君たちに計算させるのはナンセンス」と言って黒板に書き出された程度です。問題を解いたりしたことはありません。
＃１の方の例については、説明されました。

今の状況で苦し紛れに４００字程度埋めてみました。私のあやふやな理解度をわかっていただければと思います…

エントロピーとは、乱雑さを表したパラメーターである。乱雑になればなるほど、エントロピーは増大していると言える。このパラメーターは、自発的な変化が起こるとき、常に増大の方向にある。
自発的な変化というとわかりにくいが、例えば、異なる温度で隣接した部屋があるとする。この隣接した部屋の壁を取り除く。そして十分な時間を置くと、二つの部屋の温度は均一になる。これはより高温から低温へと熱がうつり、熱エネルギーが平衡になる自発的変化の具体的な例である。このような変化の場合、最初の異なった温度で隣接する部屋は整理された状態と言われる。しかし、壁を取り外して熱が空間へ均等にばらまかれ、温度が均一になったときには、最初よりも乱雑に、無秩序になっていると表現する。この無秩序の状態から自然に整理された状態に戻ることは無いので、エントロピーは常に増大しているといえる。

苦し紛れがバレバレですが…
正直にこれが、自分の理解度の程度です。

回答No.2

htms42

＞自発的に起こる変化にはエントロピーの増大が伴うことはどうしてわかるか説明せよ

意味が良く分かりません。

＃１には不可逆変化の例が２つあげられています。
でも不可逆変化の例を示せという問題ではないでしょう。
そういう例ではエントロピーが増えているというのであればエントロピー変化を具体的に計算しなければいけないはずです。確かに増えているということを計算で示すのです。そうでなければ「どうして分かるか？」という問いの答えにはなりません。そのためにはエントロピー変化を具体的に計算する手続きの練習がすんでいる必要があります。
例を上げるのでもなく、具体的に計算するのでもないのであれば、「説明せよ」というのは何をせよと言っているのでしょう。「エントロピー増大の法則」という言葉がよく出てきます。この式の意味を説明するのであれば第１法則、第２法則とエントロピーの定義、導入という手順を辿る必要があります。

もしかしたら課題を出した先生がよく分かっていないのかもしれません。

お礼

ありがとうございます。
正確には「（前略）エントロピーの増大が伴うことはどのようにしてわかるでしょうか」というもので、６００字程度のレポート課題です。
これは例を上げたり、具体的に計算すれば良いと言えばいいのでしょうか…

回答No.1

masudaya

簡単な例からではだめでしょうか．

例えば，コップの水にインクを1滴垂らすと，段々混ざっていってインクが薄まります．
この現象はエントロピーの観点で見ると，エントロピー増大の方向になっています．

また，温度の異なる水を混ぜると，中間の温度になりますが
これもまたエントロピー増大の方向になっています．

このような例からの説明を期待されているのでしょうか．

そうでないなら，熱力学の第2法則の証明を確認されたらいいかと思います．
基本的に，この手の情報はネットは嘘も混じっていますので
書籍がいいのですが，書籍も嘘を言っている物がありますので
読みにくいかもしれませんが，教科書のような物がよいかと思います．

お礼

わかりやすい回答をありがとうございます！
法則名がわからなかったので助かりました！