不可逆変化

不可逆変化

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ある状況に置かれている系に対して何らかの変化を行って別の状況になるとき、この変化を逆向きに起こすことが可能なとき、可逆変化と言う。
一旦変化を起こしてしまうと、元の状況に戻すことが不可能なとき、不可逆変化と言う。
異なる温度の物体を接触させると、十分に時間が経過した後、両物体の温度は等しくなる。この最終的状況を熱平衡と言う。熱平衡に至ると、温度に限らず、体積、圧力も、十分に長い時間の間、変化しない状態になる。
熱力学において、熱平衡に置かれている系に対して、ほぼ熱平衡を維持しながら行われる過程を準静的過程と言う。
準静的過程は可逆変化である(熱力学に限れば、可逆変化は準静的過程と考えてOK)。

「覆水盆に返らず」ということわざがあります。
コップの水を床にこぼしてしまうと、床の水を全て集めて元のコップに戻すことはできません。このように、コップの水をこぼしてしまうと元に戻せなくなる変化を不可逆変化と言います。
摩擦により熱が発生してしまうような位置移動も不可逆変化です。
これに対して、単振動しているような物体では、物体が一方の振動端から他方の振動端に移っても、外部に何らの影響を与えることなく次の半周期で初めの振動端に戻ってきます。このような変化を可逆変化と言います。
準静的過程では、物質の移動、圧力、体積、温度が、十分ゆっくりと変化することにより、熱平衡がつねに保たれている、という前提で考えます。ばね付きピストンなど、ピストンが移動するような場合でも、つねに力のつり合いが保たれていて、仮に加速度が生じても加速度は無視できるほど小さく、十分に小さい速さで等速度運動している、と考えます。準静的過程は、現実にはあり得ない変化ですが、極限をとった理想的状況を想定しています。
化学変化を伴うような過程では、可逆変化であっても熱平衡が崩れる場合には準静的過程にならない場合があります(水が蒸発する場合などでも大学入試ではこうした状況は想定しません)。

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