黒体放射と第二種永久機関

以前から気になっていたことを質問します。

黒体からの輻射の電磁波を分光し、波長ごとに太陽電池などに当てることで、何らかの方法で熱エネルギーを電気エネルギーとして取り出し、
「熱を100％仕事に変える」
という系を作れそうな気がするのですが・・・・

・太陽電池からの逆向きの輻射が無視できない
・太陽電池の効率の理論値が100％ではない
などの理由だと思うのですが・・・・

No.1 回答者： eatern27 回答日時： 2008/03/15 02:55

ん～、黒体の温度を一定に保つには、熱源が必要ですが、この熱源のエネルギーは何処から供給するんですか？

No.2 回答者： Meowth 回答日時： 2008/03/15 08:11

電磁波は熱ではない。

電磁波のエネルギー→電気エネルギーでは、
熱エネルギー→電気エネルギー
ではない
一旦、分子の乱雑な運動になれば、熱エネルギー
にすれば、分子の乱雑な運動をすべてとめて、電気エネルギーにするような
「熱を100％仕事に変える」
ことはできない。

No.3 ベストアンサー 回答者： masa2211 回答日時： 2008/03/15 09:47

＞何らかの方法で熱エネルギーを（効率100％で）電気エネルギーとして取り出し

このときの
・「何らかの方法」が存在する
という場合の「何らかの方法」のことを第二種永久機関と言います。

で、カルノー機関により、熱エネルギーを他のエネルギーに変換するのが理論上の最高効率です。
カルノー機関の場合、理論上は変換効率100％をたたき出せることに注意してください。
（つまり、効率100％狙いなら、カルノー機関に分があるということ。）
ただし、
・低温熱源は絶対零度。（宇宙の温度は、背景輻射の温度であるので約3度ｋであり、これ以下の低温熱源を準備できない。）
・断熱膨張を無限大まで行う必要がある。（宇宙の大きさまで断熱膨張させても、無限大まで膨張させたことになならない。）
という、実現不可能な条件を満たす必要があるので、カルノー機関では効率100％無理なのです。
で、太陽電池の場合も、
・太陽電池自体が黒体でないと、光の一部を反射してしまう。理想的な黒体は、この世に存在しない。
　（太陽は、ほとんど理想に近い黒体ですが、理想からちょっとズレている。）
・太陽電池を絶対零度の環境においておかない限り太陽電池から黒体輻射が発生してしまう。
　（ちょっとでも黒体輻射があれば、エネルギー保存則により効率100％は達成できない。）
であるので、この２点が解決しない限り、効率100％は無理です。
ほかにも、材料特性とかいろいろありそう。

現実では、（以下、温度は絶対温度。）
ガスタービン、ガソリンエンジン....1500度と300度の間で動作。理論値80％　現実には20-50％。
太陽電池.....6000度と300度の間で動作。理論値95％　現実には10-20％
であるので、現在の科学技術においては太陽電池の分は悪く、
カルノー機関類似の方法を、カルノー機関より効率が落ちるのを承知で使うほうが、はるかに高い効率を達成できます。