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ヒートポンプと熱力学第二法則とエントロピー

熱機関(蒸気機関車・石油自動車・火力発電)は熱エネルギーを使って仕事(動力・電気)を作り、そして必ず捨てる熱エネルギーが出て来ます。その総和は前後で同じです。これが熱力学第一法則(エネルギー保存則)です。熱機関の逆方向に行くもの、捨てるエネルギーを拾って仕事(エネルギー)をもらうことによって、高熱源に熱エネルギーを持っていくもの、これがヒートポンプです。冷凍機・冷蔵庫と同じです。捨てるエネルギーが発生してしまうことつまり「熱エネルギーをすべて有効な仕事(動力・電力等)に変換することができない」というのが熱力学第二法則です。初期の熱機関である蒸気機関車は7%しか石炭エネルギー(熱)が動力に替わりませんでした。今、最新鋭の火力発電所では石油エネルギー(熱)が53%以上電気に変えることが出来ます。ヒートポンプの効率(成績係数COP)は、投入エネルギーとの比です。理論COP=室内温度÷温度差 ただし温度とは 絶対温度0℃=273°K
暖房時 外5℃ 室内25℃の時、理論COP 25+273/25-5=14.9 寒冷地効率減 
冷房時 外35℃ 室内26℃の時 理論COP 26+273/35-26=33.2 温度差が少・効率大 
実際の機器COPは3~5程度ですから、技術の進歩が期待されます。 近いうちには電気エネルギーの10倍(COP10)以上の暖房・冷房エネルギーを出してくれるようになると思います。ガスや石油を直接燃焼して暖房に使うのは、キャデラック車に乗っているのと同じくらい、エネルギーの無駄をしていると考えられるようになるでしょう。
ヒートポンプは熱力学第二法則を逆手にとって利用しているのですが、この第二法則は【エントロピー増大の法則】ともいわれます。熱力学から出て統計、経済、生物までエントロピーという言葉・法則が使われるようになりましたが、私にはまだ理解できておりません目下、勉強・読書中(『熱学思想の史的展開―熱とエントロピー』山本義隆 著)です。
エントロピーとは仕事をしたら捨てるエネルギー・無駄なエネルギーは出ざるを得ない(エントロピー増大の法則)ということ。100℃の湯と0℃の水を混ぜると50℃の湯になるが、50℃の湯は0℃の水と100℃の湯に分けることは、できない。物質の拡散は均一なランダムに向かう。がエントロピーの法則なのです。また「でたらめさ」の程度をあらわすものとか、「この宇宙を支配する真理であり、物質とエネルギーは、ひとつの方向のみに、すなわち使用可能なものから使用不可能なものへ、あるいは秩序化されたものから、無秩序なものへと変化する。宇宙のすべては体系と価値あるものから始まり、絶えず混沌と荒廃へと向かう。…」ジエレミー・リフキン 言 とか、「エントロピー増大に抗する力を生み出すために、生物は常に負のエントロピーを食べることによって生きている」福岡伸一 言とか。最後に40年前我々左学生の悩める教祖?であった山本義隆(現予備校教師、在野の一流の物理学者)の言「一方におけるカルノーと他方におけるマイヤーとジュールの主張の矛盾の止揚をとおして、クラジウスとトムソンが熱力学を確立した。それは、エネルギーの保存に加うるに、エントロピーの増大すなわち自然界には非可逆過程が存在するという主張を原理とする。機械論(近代物理学)が地球を諸惑星と平等化し世界を一元化するために、一度は捨象した摩擦や空気抵抗、さらには熱伝導や物質の混合というエネルギーと物質の拡散・散逸が自然の原理であるということをあらためて、認めたのだ。」というのがエントロピーの概念に至る史的展開の一部のようです。




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【山好き、旅好きの団塊世代日記】 当ブログは2007/1/29に運営開始いたしました!





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プロフィール

高田 学

Author:高田 学
少年時代は海と戯れ鎌倉育ち、故郷を離れ北海道で学業。その後東京にて工務店経営。
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