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密閉された部屋で、電気冷蔵庫のドアを開けっ放しにすると、室内の温度は上昇する。その理由を熱力学の第一法則により説明できることは、可能ですか。できればその解答例もよろしくお願いします。

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A 回答 (3件)

冷蔵庫の冷却器Xが可逆機関であると仮定します。

熱力学第一の法則は、
 ΔU=ΔW+ΔQ
です。冷却器Xが、1サイクルの間に、冷蔵庫の内部から熱量Q_1を吸収し、冷蔵庫の外部に熱量Q_2を放射するとします。すると、熱力学第一の法則から、
 0=W+Q_1-Q_2 ∴Q_2=W+Q_1
です。冷蔵庫を開けっ放しにすれば、部屋には、熱量Q_2の熱が放射され、熱量Q_1が吸収されます。正味の結果は、
 Q_2-Q_1=W
だけの熱量、つぎ込んだ仕事分のエネルギーが放射されます。つまり、冷蔵庫の冷却器を動かした電気エネルギー分、部屋の温度は上昇します。
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No.1の回答の通りだと思います。


あえて、別の言い方をすれば
「エネルギーを全く使わないで、エネルギーを移動させることは出来ない」
ともいえます。
これは効率100%の機械はない、とか、永久機関は存在しないと言うことと同じ意味です。

本題に戻って、扉を開放した冷蔵庫は庫内の熱を吸収し、背面や側面から熱を放出します。この部分は収支ゼロです。
しかし、冷蔵庫自身(モータの電力消費、ポンプ・配管の摩擦熱)のエネルギー消費が室内の温度を確実に上昇させます。

このエネルギー消費は、熱力学第一法則でも第二法則でも説明がつかないようです。
永久機関が存在しない証明は第一法則や第二法則を使って出来たんでしたかね?
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熱力学の第1法則が言っていることは


エネルギーが外部に漏れたり入ったりしないならば
エネルギーが勝手に増えたり減ったりすることはない
っていうようなところかな?
であれば、密閉された部屋で電気冷蔵庫を使うと言うことは
冷蔵庫が使った分だけ電気が使われたと言うことだから
使われた電気の分だけ部屋の内部のエネルギーが増加して
その分の温度上昇が起こると言うことではないでしょうか。
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