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はいどうもこんにちはこんかいからですねじぶんがだいすきながくもんである熱力学について授業していきたいと思います。そしてこの第一回では具体的な何かを説明するというよりかは熱力学とは何かというような熱力学の全体像についてとあふれ智顗連ばかりの熱力学の魅力についてはないしていきたいと思いまうまずさいしょにねつりきがくとはなにかをはなしていきましゅおう。ここで熱力学を学ぶモチベーションになるような話をするのできいてください。高校の時に熱力学をやったことがある人はほかの物理学とちょっと違うイメージを持っていると思うし。多くの人はモノ作りとか大楊的なイメージを持っているのではないと思います。思っててない？それはすいません。実際には光学的なモチベーションの元生まれてきたのは熱力学なんですがちょっとそのイメージを書いていきましょう。何か例えば装置があると、そしてそこにエネルギーとしてエネルギーを取り入れ、そしてそうして加えられたエネルギーを仕事に変えていく機械的な仕事に変えていく。もーねイメージしやすいように、いちばんいい例は蒸気機関とかですね蒸気機関とかで熱を加えて例えば気体の体積を加えて押す仕事に変えてその押す力をその車輪とかをまわすものに変えていくつまり熱として加えたえねーるぎーをエネルギー仕事に変えていきますというのが蒸気機関のまーそのエネルギーで見た役割なわけです。そしてですね実際に装置を作ろうとしていくと気づくことは熱として取り入れたエネルギーがすべて仕事に帰れるとは限らなくて通常はエネルギーが一部逃げてしまう。だから例えば熱として100エネルギーを取り入れても仕事として閊えるのは何かここでね何か起きてしまうわけですどうすればこれを減らせるかどうしても起きてしまうなら最低どれくらいかを考えていくのが熱力学の一つの局面です。少しでも面白いと思えてくれた人はセンスアルネ。おｋです。蒸気機関はちょっと古いけれど今の時代でも何かものづくりをして熱を別の仕事を変えようということがあるわけです。ものづくりにおいて熱力学は欠かせませんだから工業的にも熱力学は重要です。忘れがちというか、物理学系、物理をやっている人や、物理学に行きたいということは熱力学に触れる機会が少ないですが、せっかく自分が物理系なので、視聴者に物理学的な熱力学の魅力について伝えます。熱力学ができすぎてめちゃくちゃかっこいいんですよ。例えば熱力学が扱う対象である。勇気について話していきましょう。ハイ書いていきました。今例えばこれ粒子がM個あるとしましょう。その時にこの運動をちゃんとまあ完璧に記述するには特別な変数は何こありますかね。つまり自由度は何個ですかという話で会う。力学的システムを使うとき何個変数を置いていけばいいかというと。たとえば一つの粒子の位置を特定するのにｘｙｚの３つ、運動量を特定するのにxyzの三つ、これで6個。これがM個あるので自由度は６Mこになる。ここに書いたのは6粒のかわいい数だけど、通常サイズの箱には何個あるかというと１molことかあるわけです。だから１０の23条個あるわけです。これを運動方程式で一つ一つ追っていくのは不可能なわけです。原理的に。だからあきらめるかというと、マクロな物体の記述をあきらめるのかというとそうではありません。世の中にはよい性質があるのです。これがなければぶつりができないのですが、何かぐちゃぐちゃなものは落ち着いていく、これを熱平衡というのですけれど、熱平衡状態になるときを調べていきます。つまりはいここに書いたんですが。そうゆう熱平衡状態が落ち着いた、要するにひいてみたときに何も変化がないように見えるときに特徴づけられますいろんなもので例えば有名なところで温度とかね後圧力とか体積とかいうもともとは6Nこもあったのに数少ない特徴で説明できますというのがすごいところです。はい。だからモーちょっと大事なことを言うと。この全自由度の６ｎを追わないと巨視的なマクロなものがわからないかというとああ王ではなくて熱力学でいう温度とか圧力とかいうマクロな特徴づけ交友のを状態量というのですけれど物体のマクロな性質がわかるよっということがすごいよっということなのです。6ン個もあるのにほんの数個程度のもので駆けてしまうというのが熱力学のすごいところ、もうちょっとおもしろいところがあります。そもそも熱力学が完成したのってめちゃくちゃ前なんですね19世紀の半ばです。その時まず何がねその今と違うかっていうと今開く信じられている原子の存在とかあとは分子の存在はまだこの時には広く信じられていま線。広くは信じられてはいなかったのに熱力学は完成していたというのはすごいところです。このことが示す意味は分かるでしょうか。原子とか分子とか詳細なことがわからないのに熱力学という学問が完成されたものであったとそれが一番のポイントなんですがそれはこれです。はい。系の詳細に依存しないその圧倒的な普遍性がですね熱力学最大のポイントです。系っていうのは注目している対象のことですそうゆう何かものの細かいこと例えばその物質が何ができてるとかどんな相互作用をしているとか今全く依存せずに成り立つようなめちゃくちゃ圧倒的な普遍性をもったビジョンを持っているのがそりゃ原子とかわかっていない時に作っているのだから当然だよね、だから中でどうなっているかを対象としていないので。そうゆうのに目をつむっても成り立つというのがかっちょいいところです。はやい段階から熱力学のそういった側面に価値を感じていた人の一人がアインシュタインでアインシュタインは偉大な功績をいくつもの奴がですね熱力学の理解に基づいた熱力学に立脚した理論です。そういった理学的なビジョンを使って新しいビジョンを作っていくという面でも大事なのです。もう少し楽しくしゃべらせてください。熱が入ります。いま不変って言ったんだけども要するに自分たちの当たり前の経験をもとにしていろいろとビオジョンが作られていくそしてその経験が外れたことはないので今自分たちのその住んで椅子マクロに見たときの物理的な虚像ってのは単純に熱力学に一致しているわけです。だからこれは揺るがない事実。だから未知の世界の物理学を作ろうとか、ミクロな話し、力学とか量子力学とか統計力学とかやるときも最終的にマクロ二量化させ熱力学のビジョンに一致していなければならないはずなんですね、なぜなら熱力学は自分たちの観測の下では必ず成り立っているのだからまずそこに一致しなければならない。だから何かまだ未知なものミクロな物理学とかを作るときの見本になるわけです、それにそろうように、なのでそれくらい熱力学は重要な学問であると認識してくれればですねめちゃくちゃ楽しくなってくるんじゃないかなって思います。その圧倒的な普遍性に震えてください。その一人が私です。熱力学が何かってことについてはないしたのでもう少し具体的な物理学が扱う対象を話していきます。まず最初に熱力学の適用範囲、熱力学のカバーできる範囲を話していきたいと思います。今ここにある熱平衡状態のものがあります。そしてこいつに何かしらいろいろと板面をします。例えば熱加えたりとか仕事をしたりとかいろんな工程をやったりしていじめます。別の平衡状態に移りますっていうときにもちろんやり方はいろいろあるわけです。今言った中でぐちゃぐちゃ仕事もガチャガチャ仕事も運茶菓して別の状態に移ったってのもあるし、別にほかの方法でもいいよね。何か別の方法でこの平衡状態に移ったもの。とかね。とかあるいわめちゃくちゃゆっくりとずっと熱平衡状態を保つように変化させていくこともできます。もう一回ポイントを射ます。今ある平衡状態から別の平衡状態に状態を変えていくときにいろいろな方法があると。例えばぐちゃぐちゃぐちゃぐちゃやって途中で平衡状態に落ち着いていない状態交友のを非平衡状態というんだけどもその状態で変えていくものもあるんだけど、別にちょびちょびとしか変化させない方法もある。今後の授業で詳しく言いますが交友のを純静的過程といいます。めちゃくちゃゆっくりどのときにおいても熱平衡状態とみなせるぐらいゆっくりゆっくりと操作していくんです。無限にゆっくりと動かします。純正的過程、いっぱいあるわけです状態Aから状態Bに変えるには。これは通常なんですが、熱力学が扱えるのは何かというと。最初のスタートの平衡状態（始状態）とゴールの平衡状態（終状態）この状態のへんかしか扱いません。熱力学ではこの始まりと終わりとの変化を論じます。これをまずしっかりと認識してください、何を言ってるかまだ詳しく話していきたいと思います。ある落ち着いている上体から捜査をしてまた落ち着いた状態になるこの時とこの時を比べて何がどう変わりますかというのを扱うのが熱力学です。よく勘違いされるのは途中の家庭まで扱えると思っている人がいます、これは熱力学の対象ではありません。途中の非平衡状態の家庭を追うことは熱力学の範囲ではなくて非平衡熱力学ってのがあります。熱力学って要するに正しく言えば、平衡熱力学です。平衡状態と平衡状態のへんかだけを扱うことができると、変化の途中は熱力学ではわからないから熱力学が扱うのが何かっていうと平衡状態と平衡状態のへんかだけなんです。これ勘違いするのでもう一回言います熱力学では平衡状態ではない変化は扱えないんだっていうのは罰です。孫座雑魚ではないです。平衡状態を保ったまま変化する変化しか扱えないのではなくて。何か落ち着いたものがある、ガチャガチャ、だんだん落ち着いてくる。このはじめと終わりが分かる。だから非平衡状態で変化をしてもはじめと終わりは分かる。この非平衡の変化は熱力学ではわかりません、非平衡系でもこういうしっかりとした理論を作りたいなと思うじゃないですか。それは自分の専門の非平衡力学なんですけれどめちゃくちゃ難しいうえにですね。非平衡状態ってのはぐちゃぐちゃだから理論が作りにくいんですね。だからといって何もできないわけではなくて平衡状態からちょっと離れたような非平衡状態についてはできてる部分があるし、でもほんとの非平衡のぐちゃぐちゃ非平衡はいまでもわかっていません。だからでもそうゆう理論を作るときも基本は熱力学なのでしっかりと興味がある人は熱力学を勉強する必要があります、だからあんまり知らない学問化もしてないけれど非平衡系の熱力学もあります。みんなで頑張って作るフェイズです。これが熱力学の適用範囲でした。これがカバーできる範囲で何ができるか話しましょう。応用の話。ひとつ面白いのはこれです。自発的変化の方向性が分かったりします、自発的変化って何かっていうと例えば何かものがあってそこに何も仕事することが例えば気体と気体との仕切りを取り去ったときにこっちからこっちにはお香けれど逆向きには起こりませんというのを熱力学では扱えます。けれすごくないですか。自発的変化の方向性について考えることは科学系とか生物系に多いです。つまり何か平衡状態の化学反応系があって。化学反応が起こって落ち着くまで待って。状態Aから状態Bまで変化できますか。亭海野は分かります。これを化学熱力学といいます。ここ方ここまで自発的に変化するかを熱力学で予測できるわけです、これを自発的変化の方向性といいます。化学反応がたくさん行われている生物なので、生物の分野でよく使われます。これを受け入れて何か違和感を感じるでしょう。これ物理で初めてなはずなんですよねん。時間の向きみたいなのが入ってくるのは。高校までの熱力学や熱化学では時間の向きは意識しないですが、大学からの熱力学では「時間の向き」を意識します。ポイントを書いておきましょう。はい。いわゆる時間の向きが内包されていた画一した唯一の理論だと思います。誤解を恐れず言えばね。何かから何かまで変化するけど逆向きはダメみたいな禁止されることがあります。今まであったでしょうか。例えば力学を考えたとき。ボールを投げる運動を考えるとき、逆向きも成り立ちます。量子力学でも向きを逆に考えられたはずです。熱力学のようなマクロな話だと時間の向きという概念が現れるのです。今自分たちが過ごしている世界いまでもけんきゅう確実に何か時間の向き的なものを感じているはずです。ものは勝手に壊れるけれど野ひとりでに勝手に修復しないっていうように、何かマクロには時間の向きを感じるはず。しかしミクロなものにはそうゆうものはないんですね。だから熱力学でマクロなものを扱うと時間の向きみたいなのが現れてそれが扱われている理論なんです、厚くないですか。熱いですね。自然な感覚として、なんでミクロな世界では時間の向きは入っていないのにマクロな世界では入っているのはなんかおかしい。そう思っている人たくさんいるのでいまでもけん給されています。だからミクロな状況からマクロな状況がどう表されるのかっていうのは今でも研究されています。何か特殊なケースとかある状況においてはそうゆうのが蒼白するってのは分かっているけれど等質的な一般的な状況でまだ説明されていません。未解決な問題です、。物理におけるでかい未解決問題の一つです。時間の方向の研究は今でも研究されています、これが熱力学の面白いところ。こんだけ言えば熱力学好きになって来たでしょう。こんなわくわくする熱力学、今回のシリーズで伝な風に授業をしていくかを最後に話します。こんかいの抗議の特徴について話していきましょう。この講義の目標は熱力学っていろいろ新しい用語が出てくるんですよう例えばエントロピーだったりとかエンタルピーとか、ヘルムホルツの自由エネルギーとか。その時に多くの人がもうそれが何を意味しているのか分からなくて全く熱力学が手につかなくなる人がたくさんいるんですよ。だからそれぞれの新しく出てくるもののイメージを感じていきたいと思います。そのために図もたくさん使うし言葉もたくさん使います。だからこの講義の目標はこうゆうことだと思ってください。本当は熱力学は数学的に完成された学問なのですが、このシリーズではあえてそこには立ち入らずにイメージを重視していまず分が何を計算しているのかとか言葉として実際に研究するときに文献を読んだときにイメージがわくような授業をしていきたいと思います。極端なことを言うと熱力学の教科書は偏微分の記号だらけになります。何かを固定し何かを動かすので偏微分だらけなのですが、この講義では偏微分を使いません。偏微分を使わずにそれ以外の大事な部分について扱っていきたいと思います。だから数学的なことには立ち入らないことには注意してください。そしてこの講義は実際に何か特殊な状況でも何でも計算できるようになるとね分かった感覚になれるので少なくとも。何も全くわからないよりかはなんとなくわかった気がするほうが全然上だと思うのでちょっと特殊なケースだけど例題をたくさん扱っていきます、めちゃくちゃ物理的な例題であるし、科学で扱わない例題も入れていきたいと思います、、それはなぜかというと前から言っているのですが熱力学を学ぶには化学系の人が読む教科書を早く読むべきです。すごく具体例が豊富でしかも具体例が想像しにくいピストンとか断熱容器とかだけじゃなくて実際に自分たちが見てきたようなフラスコに入った化学反応してどうなるか熱を出すかっていうようによく日常に即したというかビーカーやフラスコが日常にあるとは言わないが、自分たちの直観に合うように、なるべく簡易的な内容を入れていきたいと思います。物理系の人でなくて生物系の人も是非見てください。最初言ったんですが熱力学ができたときは原子とか分子の存在の存在は知られていません。だから理論では使いません。しかし我々はスーパー現代人なので原子を知っています。だから分子論的な考えも時には利用していこうと思います。だから熱力学ってのは本当に今の化学的なしてんからいうと何か認める功利的なものがあってその当たり前の公理から導かれるのが熱力学の広大さも魅力なんですがこの講義では応用的な熱力学の話はせずに必要とあればイメージしやすいんであれば飛び道具として分子論的なイメージを使っていきたいと思います。公理論的な話は動画ではすごく時間がかかるので自分が持っているようなイメージについて話していきたいと思います。これが本講義の特徴であって、こうゆう話をさせてください。物理系の人におすすめしたのですが、熱力学はですね教科書によって書いてあることが違うように見えます。言葉の定義が違ったり。なので混乱するんですが、簡単に図示すると物理系の人が扱う熱力学がこうゆうものだとすると、化学熱力学はこんなものだと思ってください。だから共通して書かれていることもあるけれど結構違ったことが書いてあります。右側に行くほど応用的だと思ってください。化学系の人は応用がつよく、物理系は理学的なことに価値を持ちます。今回の抗議で扱うのはこの変だと思ってください。だから物理系の人の熱力学よりも応用的なことが多く、イメージが分かるようになる、科学系の人に取ったら、科学系の教科書よりもしっかりと細かい話をしていきたいと思います。この範囲が一番いいと思うのこれを扱います。ぜひ自分の専攻にとはず熱力学を学んでほしいと思います。これから楽しくやっていきましょう。では。

口語って文字おこしすると読みにくいな。よく対談本って売ってるけどあんなきれいな会話になるわけない。どこか手直しされているはず。そう考えると嘘が書いてあるようでモヤモヤする。