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3.1.4.1 問題

どんな過程の組み合わせで、高温の熱源から低温の熱源へ伝わる熱から仕事を取り出したり（熱機関）、低温から高温へ熱を伝える（ヒートポンプ）ことができる二つの熱源間で作動する閉じた系のサイクルとなるか、例を示せ。熱機関とヒートポンプのサイクルについては次節から具体的に示すが、理解を深めるために先に自分で考えてみよう。

必要な条件

• サイクルとするために始めの状態と終わりの状態は同じ状態にする。
• 熱機関では高温熱源から熱を受け取り、低温熱源へ熱を伝え、仕事を取り出すことが目的である。
  • 過程として、高温から熱を受け取る過程、低温へ熱を伝える過程、仕事を取り出す過程が必要である。
  • 仕事を取り出す過程は必ず膨張する過程であるので、膨張過程を入れる。
  • 膨張後に圧力が低下するため、再度もとの圧力に戻す過程が必要である。
  • 仕事の作用する過程の和で仕事を外に取り出せなくてはならない。
• ヒートポンプでは低温熱源から熱を奪い、高温熱源へ熱を与えることが目的である。
  • 低温熱源から熱を奪う過程では、サイクルの温度は低温熱源より低くくなくてはならない。
  • 高温熱源へ熱を伝える過程では、サイクルの温度は高温熱源よりも高くなくてはならない。
  • 熱力学第二法則より系に仕事をする過程が必要である。
  • 系の温度は圧縮や膨張で圧力を変えることで変化する。

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