東京図書「よくわかる熱力学」サポートページ


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 このページは、「よくわかる熱力学」(前野昌弘著/東京図書)のサポートページです。


 不明な点がありましたら、maeno@sci.u-ryukyu.ac.jpにメールするか、またはサポート掲示板に書き込んでください(サポート掲示板に書き込むとメールが届くようになっています)。

「はじめに」より抜粋

 熱力学の理解の筋道にはいくつかの「流儀」があるが、本書は

熱力学は「力学」の続きである

という姿勢で進めていく。

 初等力学では力から「仕事」が定義され、仕事により増減する物理量として「ポテンシャルエネルギー」が定義される。いったんポテンシャルエネルギーが定義されると、逆にそのポテンシャルエネルギーを微分することで「力」がわかる。力学では「仕事によってポテンシャルエネルギーが増減」「ポテンシャルエネルギーを微分すると力」という概念が有用である。この有用な概念を熱現象が現れる場合にも広げていく。熱力学で定義される「ポテンシャルエネルギーに対応する量」のことを「熱力学関数」と呼ぶ。

 熱力学では初等力学に比べ仕事が行われる状況について考慮すべきポイントが増える。それがゆえに「熱力学関数」は初等力学の「ポテンシャルエネルギー」に比べ注意深く定義していく必要があるし、後で定義するFという熱力学関数については上に挙げたポテンシャルエネルギーの性質は(特に「仕事によって増減」という部分は)非常に限定された意味でしか通用しない。それでも熱力学関数は大変有用で、「微分すると力に限らずもっといろいろな物理量がわかる」という性質はとてもありがたい。

 熱力学を勉強する物理学徒の悩みは「熱とはなにか?」「エントロピーとはなにか?」という疑問であろう。その「悩み」を解消するため、まずは力学での「仕事→エネルギー」という流れの先に続く概念として(新しいものではなく「力学の思想の続きにあるもの」として)熱、そしてエントロピーを導入していこうというのが本書での流れである。このあたりの熱力学へのアプローチの仕方は『熱力学―現代的な視点から』(田崎晴明著、培風館)に準拠している。熱は目に見えないが、「力」は目には見えなくとも感じることはできるし、「仕事」は実感することができる。そのような「目に見えるもの」「操作できるもの」さらに言えば「手応えを感じられるもの」を使って熱力学という「物理」を知っていこう、というのがこの本でやりたいことだ。


熱力学攻略チャート

 本書見返しに載せた、本書における熱力学の理解の流れ図です。

演習問題のヒントと解答

 ページ数が多すぎたため、章末演習問題のヒントと解答はPDFにて配布することにしています。こちらからダウンロードしてください。


シミュレーションのページ

 「よくわかる熱力学」の図に使われているシミュレーションプログラム(Javascriptによるもの)をこちらに掲載しています。アニメーションして動くグラフや図を見ることで、物理の理解は飛躍的に進みます。是非活用してください(「よくわかる熱力学」を持っていなくても、これらのプログラムを使って学習することは可能です)。

↓一例:Carnotサイクル

サポート掲示板

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・ネット書店の売り場へのリンク


$$\definecolor{hai}{RGB}{137,137,137}\def\haiiro#1{{\color{hai}#1}}$$

・出版後に発見された内容のミスについて

$$\newcommand{\kakko}[1]{\!\haiiro{\left(\kuro{#1}\right)}}$$ $\def\kuro#1{{\color{black}#1}}\newcommand{\PDC}[3]{{\opcol{\left(\kuro{{\partial {#1}\over \partial #2}}\right)}}_{\!\!#3}}\def\opcol#1{{\color{Gray}#1}}$

 以下に、発見されたミスを記載していきたいと思います。

 これらの訂正部分のうち、数式・図版などを実際の本とほぼ同サイズになるように印刷できるPDFファイルがこちらです(ただし、簡単な文字の訂正などは含まれていません)。こちらをダウンロードして切り貼りしてくださってもよいです。

  • p84の結果1のすぐ下、「この仕事が0になるときは逆が可能になる†15ときに限る(つまり、実際問題としては実現しない)。」を「この原理は、仕事が0になるとき†15を除き、上の操作の逆操作の存在を否定する。」に修正。
  • p84の脚注†15を「仕事が0で$T\neq T'$であるときは、比熱が0の物質を考えていることに対応する。」に差し替え。
  • p91の脚注†3の最後、「比熱が負の系は考えないことにする。」を「比熱は正とする(0も考えない)」に訂正。
  • p92の結果2の箱の3行下、「断熱準静的操作で」のまえに「ある一つの」を追加。その1行下の「始状態と」の前に「断熱受精的操作のやり方と」を追加。
  • p98の(5.7)の3行下、「負である」に、「Planckの原理だけでは仕事が0である可能性は排除されないがそれは比熱が0の物質を認めることになるので省く。」という脚注を追加。
  • p100の結果5の2行下と脚注†21にある、「比熱が負」を「比熱が負または0」に訂正。結果5の3行下の「これは、そのような」を「これは、比熱が負の」に訂正。
  • p170の(9.3)の少し上の『「${Q\over T}$をflowとするようなstock」』の後に、『(吸熱すると$S$が増えるようにする)』を追加。
  • p171の(9.7)の2行下「の変化が等しい」の後に「(小→大で同じだけ増える)」を挿入(間違いではなく、補足を加えます)。
  • p182の9.2.1の1行めの『エントロピーは「断熱準静操作では変わらない」という』を『5.5.2項(→p117)で考えたがそうだったように、「断熱準静的操作では変わらない」さらには「不可逆な断熱操作では増える」 という』に修正。
  • p215の(10.34)の上にある「断熱準静的操作だけを許して(間の壁も断熱壁にして)、系に仕事をさせ、終状態では体積を始状態と同じに戻しておく」を「断熱準静的操作だけを許して、系に仕事をさせ、終状態では体積を始状態と同じに戻しておく(【演習問題9-4】(→p196)を参照)」に訂正。
  • p239の下の図を以下のように訂正。
  • 一番左の最初の状態で壁が交差している形にしました。キャプションの「のみを通す」の前が逆でした。

  • p272のグラフの「低温」と「高温」は逆で、以下が正解です。

  • p339の問い8-3のヒントの(熱にマイナス符号がついているのは、元々のCarnotサイクルとは逆回転だから)を削除。
  • p347の(B.58)とその次の行にある${T\over (1-x^2)^{1\over 12}}$を${T\over (1-x^2)^{1\over 24}}$に訂正。
  • p355の(B.121)の符号が逆で、正しくは$-P\kakko{T;V}+T\PDC{P\kakko{T;V}}TV$です。

    ここより下のミスは第2刷で訂正されました。