俺に物理を教えてみろ

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908師匠2号
 エントロピーという物を手短にかつ直感的に説明しといたほうが
いいようだな。まず、それからはじめるぜい。
 まず、「孤立系」つーものを考えるのじゃ。つまり外界と
熱のやり取りも、物質のやり取りも何もない系のことだな。
 例えば、今 t=0 で孤立系の一部分に温度の高い部分があったとしよう。
そのような状態は考えれば解ると思うが長続きしないだろ?
熱は拡散して、孤立系全体が均一な温度になったら変化は終わる。
その均一な状態のことを「平衡状態」と呼ぶのじゃ。
それにたいして、 t=0 は「非平衡状態」だな。重要なことは
『孤立系において、非平衡状態はかならず有限の時間で
平衡状態へと「緩和」する。そして孤立系では、平衡状態から
非平衡状態が自発的に生じることは決してあり得ない』
ということじゃ。
909師匠2号:2001/02/08(木) 16:49
つまり、自然界の変化には必ず方向性があるということだな。
孤立した部屋で屁をこくと、匂いは広がっていくけど、その匂いが
一気に鼻の穴に集まってくるようなことが起こったら恐ろしいだろ?
 だから、部屋で屁をこく例で言うとその部屋の屁状態は簡単には
メタンガスの濃度分布をf(x,y,z)とかやって、特徴づければいいが
屁が広がった状態(=A)と、アナル付近に集まってる状態(=B)には単に濃度分布
が違うという以外に決定的な差があるのがわかるだろ?
 つまり「Bは時間が経つとAになるが、Aはいくら待ってもBには戻らない」
このAとBの状態の差をうまく表す物理量がエントロピーなのじゃ。
ちなみにこの議論は屁→熱としても、同じだな?
910師匠2号:2001/02/08(木) 17:06
それで、エントロピーは
『孤立系においてそれが平衡状態に達したとき
最大となる物理量』
になるように決めるのじゃ。つまりエントロピーは
増えるけど、絶対に減らないちゅーことだな。
これを最初から定義として取り入れてしまう教科書もあるよ。

>ということは熱が入ってくるかどうかをあらわす量ってことか?
>あと一つ、純性的じゃなくなるとどうなるの?断熱でも
>「エントロピーは変わらない」ことないってことか?

この質問に答える前に、練習問題をやってもらおう。
むかし、S(T,V)=ClogT+RlogV+D を導いたな?
ってことは、孤立系の二つの状態(T,V)(T。,V。)のエントロピーの差は

S(T,V)−S。(T。,V。) = Clog(T/T。) +Rlog(V/V。)

になるだろ。これを踏まえて、問題。
「ある孤立系の部屋が断熱壁で二等分されています。二つをH、Cと呼ぼう。
初め、それぞれの部屋の温度はTH>Tcであるとします。ある瞬間に
断熱壁を取り除いてやると、HからCへと熱が流れますが、その結果
二つの部屋の温度が等しくなったときのエントロピーと
初めの状態のエントロピーの差を求めなさい」