散逸

熱力学において、散逸は熱力学系に影響を及ぼす不可逆的な過程の結果である。散逸過程では、エネルギー（内部エネルギー、バルクフロー運動エネルギー、またはシステムポテンシャル）が初期形態から最終形態に変換され、最終形態の熱力学的仕事を行う能力は初期形態のそれよりも小さくなる。例えば、熱としてのエネルギーの移動は、熱力学的仕事または物質の移動以外のエネルギーの移動であり、以前に集中していたエネルギーを拡散するため、散逸的である。熱力学の第二法則に従い、ある物体から別の物体への伝導と放射において、エントロピーは温度とともに変化し（2 つの物体の組み合わせの仕事を行う能力を低下させる）、孤立したシステムでは減少しない。

機械工学において、散逸とは機械的エネルギーが熱エネルギーに不可逆的に変換され、それに伴うエントロピーの増加をいう。[ 1 ]

局所温度が一定であるプロセスは、一定の速度でエントロピーを生成します。エントロピー生成速度と局所温度の積が、消費される電力となります。不可逆プロセスの重要な例としては、熱抵抗を通る熱流、流動抵抗を通る流体の流れ、拡散（混合）、化学反応、電気抵抗を通る電流の流れ（ジュール熱）などが挙げられます。

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意味

散逸的な熱力学過程はエントロピーを生成するため、本質的に不可逆である。プランクは摩擦を不可逆的な熱力学過程の代表例とみなした。[ 2 ]温度が局所的に連続的に定義される過程においては、エントロピー生成速度の局所密度と局所温度の積が、散逸されるエネルギーの局所密度となる。

散逸過程の特定の事象は、単一のハミルトン形式論では記述できません。散逸過程には、許容される個々のハミルトン記述の集合が必要ですが、どの記述が関心対象の過程の実際の特定の事象を正確に記述するかは不明です。これには、摩擦やハンマリング、そしてエネルギーのデコヒーレンス、すなわちコヒーレントまたは方向性のあるエネルギー流を、間接的またはより等方的なエネルギー分布に変換することをもたらす同様の力が含まれます。

エネルギー

「機械的エネルギーが熱に変換されることをエネルギー散逸といいます。」 –フランソワ・ロディエ[ 3 ]この用語は、電気回路や電子回路で不要な熱が発生することによるエネルギー損失にも適用されます。

計算物理学

計算物理学において、数値散逸（数値拡散とも呼ばれる）とは、微分方程式の数値解の結果として生じる可能性のある特定の副作用を指す。散逸のない純粋な移流方程式を数値近似法で解くと、初期波のエネルギーは拡散過程に類似した方法で減少する可能性がある。このような方法は「散逸」を含むと言われる。場合によっては、解の数値安定性特性を向上させるために意図的に「人工散逸」が加えられる。[ 4 ]

数学

測度保存力学系の数学的研究でよく使われる散逸の正式な数学的定義は、放浪集合の記事で与えられています。

例

水力工学では

消散とは、流下する水の機械的エネルギーを熱エネルギーと音響エネルギーに変換するプロセスです。河床には、流水の運動エネルギーを低減し、河岸や川底の侵食作用を軽減するための様々な装置が設置されています。多くの場合、これらの装置は小さな滝やカスケードのように見え、水は垂直に、あるいは捨石の上を流れて運動エネルギーの一部を失います。

不可逆的なプロセス

不可逆的なプロセスの重要な例は次のとおりです。

  1. 熱抵抗を通る熱の流れ
  2. 流体抵抗を通る流体の流れ
  3. 拡散（混合）
  4. 化学反応[ 5 ] [ 6 ]
  5. 電流は電気抵抗を通って流れます（ジュール熱）。

波または振動

波や振動は、時間の経過とともに、典型的には摩擦や乱流によってエネルギーを失います。多くの場合、「失われた」エネルギーは系の温度を上昇させます。例えば、振幅を失った波は散逸すると言われています。その効果の正確な性質は波の性質によって異なります。例えば、大気波は地表近くでは陸地との摩擦によって散逸し、高高度では放射冷却によって散逸することがあります。

歴史

散逸の概念は、1852年にウィリアム・トムソン（ケルビン卿）によって熱力学の分野に導入されました。 [ 7 ]ケルビン卿は、プロセスが「完全な熱力学機関」によって支配されない限り、上記の不可逆な散逸プロセスの一部が発生すると推論しました。ケルビン卿が特定したプロセスは、摩擦、拡散、熱伝導、そして光の吸収でした。

参照

参考文献

  1. ^エスクディエ, マルセル; アトキンス, トニー (2019). 『機械工学辞典』（第2版）. オックスフォード大学出版局. doi : 10.1093/acref/9780198832102.001.0001 . ISBN 978-0-19-883210-2。
  2. ^プランク、M. (1926)。 "Über die Begründung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik"、 Sitzungsber。プロイス。アカド。ウィスコンシン州、物理学。数学。 Kl.、453—463。
  3. ^ Roddier F.、Thermodynamique de l'évolution (進化の熱力学)、仮釈放版、2012
  4. ^ Thomas, JW. 数値偏微分方程式：有限差分法. Springer-Verlag. ニューヨーク. (1995)
  5. ^ Glansdorff, P., Prigogine, I. (1971).構造、安定性、および変動の熱力学理論、Wiley-Interscience、ロンドン、1971年、 ISBN 0-471-30280-5、61ページ。
  6. ^ Eu, BC (1998).非平衡熱力学：アンサンブル法, Kluwer Academic Publications, ドルドレヒト, ISBN 0-7923-4980-6、49ページ
  7. ^ W. トムソン「自然界における機械的エネルギーの消散の普遍的傾向について」 Philosophical Magazine, Ser. 4, p. 304 (1852)。

一般的な参考文献

  • 「散逸系とは、時間発展の過程でエネルギーを失う系である。」ベネンソン, W.; ハリス, JW; ストッカー, H.; ルッツ, H. (2002). 「6.1.3」.物理学ハンドブック. ニューヨーク: シュプリンガー・フェアラーク. p. 219. ISBN 978-0-387-21632-4。
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