エクセルギーの基礎

唐木田健一著
オーム社
刊行:2005/11/25
名大生協で購入
読了日:2006/05/07

ちょっとエクセルギーについて勉強してみようかと思っていたところで、 こういう題名の本が出ていたので買ってみた。内容は、大半は ふつうの熱力学で、最後の1章で少しエクセルギーが 書いてあるというものである。しかし、結果的には、 かなり不満の残る教科書である。熱力学の解説もエクセルギーの解説も 不十分であると思う。とくにエクセルギーの解説が不十分なので、 題名を「エクセルギーの基礎」としてあることにそもそも疑問を感じる。

全体としてみると、教壇に立っている人ではなく、自分で勉強している人の ノートを見ている感じで、これを使っては教えにくい感じがする。 全体のストーリーがつかみづらいのである。個々に書いてあることは それなりにわかるのだが、全体の流れが見えづらい。部分の覚え書きの 集合体という感じである。実際、著者はメーカー勤務で、教壇に立っているのでは なさそうである。科学史・科学哲学のような本を結構書いている。 東大紛争のときに大学生時代を送ったみたいで、東大紛争の本もある。

とはいえ、得意分野(?)の熱力学の歴史の紹介も 中途半端な感じがする。たとえば、6.7 「カルノーの考え方」では、 カルノーが熱素説に基づいて議論をしていると書いて終わっているので、 にもかかわらず現在までその考えが残っている理由がわからない。 熱素説に基づいていても、その考察が革命的だったことを丁寧に説明しないと、 分かった気がしない。

論理的にも、少し甘い点がある。たとえば、完全微分とそうでないものを 記号上区別する必要はないとして dQ、dW という記号を平気で使っている点である。 私の感覚では、dQ や dW などという記号を使うのは望ましくない。仕事や熱には 何かと何かの差という意味はなく、dQ や dW の d には単に「微小な」という 意味しかないので、記号上も区別しておかないと、論理的にボケてしまう。

あるいは、(いろいろな教科書でよくあることではあるが) 6.8 ではカルノー効率を 求めるのに理想気体を使っているので、理想気体でないと成り立たないことと 一般に成り立つこととの区別が曖昧になっている。理想気体は一例である との断り書きが入ってはいるものの、論理が曖昧である。p.88 の注4もこれに 関連していて、これでは意味が分からない。

9.2 節で、化学ポテンシャルがポテンシャルがモルギブス自由エネルギーであることを 説明している部分は証明になっていない。本来は、もっとていねいに考えて 同次関数に関するオイラーの定理を用いなければならない。

10 章までは、私も知っていることだから、論理的に甘くても何が書いてあるのか わかるのだが、肝心のエクセルギーが説明してある 11 章の私が内容を 知らないところに入ると、論理的に厳密さを欠くところが読んでいて欲求不満になる。 たとえば、エクセルギーを定圧変化で計算しているのだが、 それはそう定義されているのか、定積なら定積でもかまわないのか、定 義がきちんと書かれていないからよくわからない。さらに、 11.4 節で、エクセルギーは環境を基準にしたギブス自由エネルギーであると 述べるところもそれだけでは納得しがたい。というのは、それまでの 熱エクセルギーの計算では、ギブス自由エネルギー差とは少し違うものが エクセルギーになるとしてあるからである。その違いはかならずしも 十分に説明されていない。その後、化学エクセルギーに対しては、 十分な説明なしに、エクセルギーがギブス自由エネルギー差になるという ことになってしまっている。これは論理に飛躍がある。本来は、 そういう化学エネルギーを仕事として(原理的に)どう取り出すかを 説明しておかないといけないはずである。そうでないと、たとえば、 11.6 節でいきなりでてくる「拡散エクセルギー」という概念や 11.9 節の エクセルギー率が1より大きくなることもよく理解できない。 よくわからないのは、場合によって、仕事のうちで PΔV を勘定しないことに なったりすることになったりするのではないかという懸念である。 実際的に仕事をどう取り出すかは 11.7-11.8 節で少し説明されているが、 これはあくまで実際的な話で、原理の話がその前になければならない。

11.10, 11.11 節ではエクセルギー収支を計算しているが、そもそも そんなことをする前に、エクセルギーという量が収支を計算する意味が ある量(何らかの保存量)であることを納得させておいてくれないと いけないのだが、その説明もない。

化学エクセルギーの記号では、1原子あたりのエクセルギーと 遊離原子のエクセルギーが区別できないような記法を使うのは適切とは思えない。

11.11 節で光エクセルギーを求めるのに、エントロピーの定義の仕方が怪しげである。 エントロピーを波長ごとに定義してあるのだが、そんなことをして良いのか その考え方がよくわからない。これは、参考文献として挙げてあるものを 見よということかもしれないが。