問題88 不可逆変化

解説

直感的理解
可逆変化とは「逆向きの変化が自然に起こりうる」過程です。不可逆変化は一方向にしか進まず、元に戻すには外部からエネルギーが必要です。熱が関与する現象（摩擦、拡散、熱移動）はほぼすべて不可逆です。

解法

数値計算例：摩擦熱：

$$Q = \mu mgd = 0.30 \times 2.0 \times 9.8 \times 5.0 = 29.4 \text{ J}$$ $$\text{この熱は力学的エネルギーに戻らない（不可逆）}$$ $$\Delta S = Q/T = 29.4/300 \fallingdotseq 0.098 \text{ J/K} > 0$$
答え： ア、ウ、エ
補足：熱力学第二法則と不可逆性

熱力学第二法則は「自然界の変化は不可逆である」ことを述べています。エントロピー（乱雑さ）は常に増大する方向に変化し、自然に減少することはありません。可逆過程は理想的な極限で、実際にはすべての過程が程度の差はあれ不可逆です。

数値計算：例えば \(F = 5.0\) N、\(d = 2.0\) m のとき：

$$W = Fd = 5.0 \times 2.0 = 10 \text{ J}$$ $$P = \frac{W}{t} = \frac{10}{5.0} = 2.0 \text{ W}$$
Point

不可逆変化の判定：摩擦・拡散・熱伝導が関与 → 不可逆。真空中・摩擦なし → 可逆。「自然に元に戻るか？」で判定する。