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田崎晴明

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熱力学: 現代的な視点から (新物理学シリーズ 32) 単行本 – 2000/4/12

田崎晴明 (著)

129

- カテゴリ熱学・熱力学・エントロピー

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ISBN-10

4563024325
ISBN-13

978-4563024321
出版社

培風館
発売日

2000/4/12
言語

日本語
寸法

14.8 x 2 x 21 cm
本の長さ

302ページ
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登録情報

出版社 ‏ : ‎ 培風館 (2000/4/12)
発売日 ‏ : ‎ 2000/4/12
言語 ‏ : ‎ 日本語
単行本 ‏ : ‎ 302ページ
ISBN-10 ‏ : ‎ 4563024325
ISBN-13 ‏ : ‎ 978-4563024321
寸法 ‏ : ‎ 14.8 x 2 x 21 cm

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- - 1位熱学・熱力学・エントロピー
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田崎晴明

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理論物理学者、学習院大学理学部教授。1986年東京大学大学院理学系研究科博士課程修了。米国プリンストン大学講師、学習院大学助教授等を経て1999年より現職。1997年「量子多体系の数理物理学的研究」で第1回久保亮五記念賞を受賞(「BOOK著者紹介情報」より：本データは『やっかいな放射線と向き合って暮らしていくための基礎知識(ISBN-10: 4255006768)』が刊行された当時に掲載されていたものです)

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はっぱ

大学の物理と言ったらこれ。

2024年3月26日に日本でレビュー済み

Amazonで購入

熱力学が好きな人にとっては最高の1冊。
マジで読んでみて。

2024年2月10日に日本でレビュー済み

Amazonで購入

1冊目もこの書でいいと思います。文章は読みもの感が強く、理解しやすく、行間もそこまでないように思います。

1人のお客様がこれが役に立ったと考えています

役に立った

susumukuni

熱力学を論理的で見通し良い形に再構成した素晴らしい教科書

2021年9月25日に日本でレビュー済み

Amazonで購入

本書は熱力学という学問を「仕事」を主役にした操作的な視点から見直して再構成し、論理的で見通しが良い形で提示する定評がある教科書である。和書のもう一つの定番書である清水明『熱力学の基礎』（第2版、以下「清水本」と記す）と較べて、論理の構成と叙述にどの様な違いがあるのか興味があり一読した次第である。

清水本との比較の前に、まず本書の特徴を述べたいと思う。

(1) 本書では等温環境（および断熱系）での「平衡状態の存在」が要請されている。この要請は系の環境の「温度」を前提とし、熱力学系の状態は（示強変数である）温度Tと示量変数Xとを組み合わせた(T;X)で表示することが基本とされている(*1)。

(2) 仕事を中心とした操作的な視点から考察し、「等温操作」における最大仕事とヘルムホルツの自由エネルギーとの関係、および「断熱操作」におけるエネルギー保存則である「系がなす仕事は内部エネルギーの差である」という関係を確立し、両者を同時に捉える枠組みから「エントロピー」が自然に導入できることが示されている(*2)。操作的なマクロの視点からエントロピーという熱力学特有の物理量を理解できることが素晴らしい。また、断熱操作の可逆性・不可逆性がエントロピーで完全に判定できることが示されており、エントロピーの大きなご利益を理解できる所がとても良い。

(3) 完全な熱力学関数の「完全」性の意味が分かり易く説明され、その凸性および複数の完全熱力学関数がルジャンドル変換で結ばれていることが明快に解説されている。その典型的な例として、応用でも重要なヘルムホルツの自由エネルギーとギブスの自由エネルギーが詳しく解説され、温度一定環境および温度・圧力一定環境での変分原理にも言及されており興味深い。

(4) 最後の二つの章で、多成分系の熱力学（相平衡、化学平衡、平衡電気化学）への応用、および強磁性体の相転移と臨界現象の問題が熱力学の観点から議論されておりとても面白い。

(5) 良く知られた関係式に対し、複数の導出方法が示されており、著者の学識を窺い知ることができ感銘を受ける。気液境界における飽和蒸気圧Pv(T)の微分係数に関する「クラペイロンの関係式」を気液相が共存するカルノー・サイクルでの考察（問題7.9）やギブスの自由エネルギーを用いた考察（問題8.11）から求める別解の提示、「濃淡電池の起電力」をギブスの自由エネルギーおよび電気化学ポテンシャルから求める二通り方法の提示（9-9節）、などが印象に残る典型的な例である。

本書と清水本を比較して、印象に残ったことを以下に記したい。

・熱力学の理論を構成する出発点に大きな違いがある。本書では温度Tが、清水本ではエントロピーSが採られている。マクロな物理現象を理解するという観点では、イメージしやすい温度をもとにする本書のアプローチのほうが取っ付き易く、分かり易いように感じられる【エントロピーの導出も自然であり納得感がある】。一方、最も適用範囲が広い形で熱力学の理論を構成するという観点では、初めからエントロピーを採り、温度をエントロピー（あるいはエネルギー）から導出するというアプローチの方が良い(*3)。全てを示量変数とすべき状態変数の中に示強変数である温度Tを初めから入れるアプローチには、それなりの代償があることを理解しておきたい【例えば、エンタルピーを完全な熱力学関数とする変数（にTは含まれない）、本書で指摘されている「一次相転移の三重点」の扱い、清水本で指摘されている「外場で不均一が生じる系」での熱力学の扱い、などで問題が生じる】。

・何れのテキストでも、完全な熱力学関数（+自然な独立変数）、凸性およびルジャンドル変換との関係が明瞭に叙述されているのがとても良い【特異性がある関数のルジャンドル変換が解説されていることも特筆したい。この概念は相転移を議論する際に必須であり、清水本では特に詳しく解説されている】。また、論理の展開がスムーズで飛躍がなく、分かり易い叙述であることも両書の共通点として挙げられる。

本書と清水本の何れも、熱力学を論理的で見通し良い形に再構成し、その展開と応用まで含めて美しく叙述する優れた教科書である。熱力学の和書のテキストは他にも沢山あるが、まずこの二書に目を通されることをお薦めしたい【どちらか一方だけでなく、両方に目を通すと格段に理解が深まるはずである】。

【付記】レビューの記述を補足する事柄を以下に記したい。

(*1) 本書では、熱力学関数の変数が示強変数と示量変数に従い、;の前後に表示されている（例えば、(T;V,N)、(T,P;N)など）。また完全な熱力学関数に対し、引数たちは()ではなく【】を用い、例えばG【T,P;N】と表す記法が使われている。とても分かり易い便利な表記法であるので、広く普及すると良いと思う。

(*2) 等温操作: (T;X)→(T;X’)における（系が外界に行なう）仕事Wに対し、吸熱量Qが U(T;X’) - U(T;X) = -W + Qで＜定義＞されている。最大仕事Wがヘルムホルツの自由エネルギーF(T;X)を用いてW = F(T;X) - F(T;X’)で表されることから、(U-F)/T =: S （Q/T = {(U-F) (T;X’) - (U-F) (T;X)}/T = S(T;X’) - S(T;X)）としてエントロピーSを導入できることが示されている【正確には、最大吸熱量に関する「カルノーの定理」を援用して導入されている】。

(*3) 【私的なコメント】上述したように本書と清水本では、温度TとエントロピーSの導入順序が全く逆になっている。本書ではTを起点としてヘルムホルツの自由エネルギーFと内部エネルギーUを導入し、(U-F)/TでエントロピーSが＜定義＞されている。清水本ではエントロピーSが先に与えられ、その表示S=S(U,V,N)と同等なエネルギーUの表示: U=U(S,V,N)に対し、∂U/∂Sで温度Tが＜定義＞されている【即ち、エントロピーSの共役な示強変数として、Tが定義されている】。等式: F(T,V,N) = U(S,V,N) - STは、エネルギーUの変数Sに関するルジャンドル変換がヘルムホルツの自由エネルギーFであることを示し、逆に∂F/∂T = -SからFの変数Tに関する（逆）ルジャンドル変換（F(T,V,N) - T(-S) ）がエネルギーUであることを示している。このあたりのことが分かれば、レビューの(2)で述べた系の（最大）仕事からエントロピーの導入に至る議論に、FとUが現れることも納得できるのではなかろうか。

28人のお客様がこれが役に立ったと考えています

役に立った

北西

素晴らしい教科書だが万能ではない

2023年7月30日に日本でレビュー済み

Amazonで購入

本書は、外部環境に取り出すことのできる仕事という視点から熱力学を構築している教科書である。確かに第7章のヘルムホルツの自由エネルギーまでの非常にクリアな論理展開は素晴らしい。しかし、ギブスの自由エネルギーを導入する第8章と多成分系の熱力学を扱う第9章については個人的には不満が残った。

まず、ギブスの自由エネルギーの差が温度一定・圧力一定の環境下での準静的操作によって得られる正味の（系の体積変化分を除いた）最大仕事となるという説明が、正直なところ分かりづらかった。第9章における多成分系での証明では、終状態の物質量を固定して、ヘルムホルツの自由エネルギーの差と系の体積変化がする仕事を足した和が最大になる体積を考察している。しかし、第1項のヘルムホルツの自由エネルギーは、終状態の圧力は体積に依存して変化するので、圧力が可変の状況の操作に対応している。一方で、第2項は、圧力を一定にした操作で系の体積変化がする仕事である。異なる状況設定の操作における量を足して、その最大値を求める物理学的な意味が理解できなかった。そのため、具体的な物理学ではなく、抽象的な哲学の議論のように感じた。ギブスの自由エネルギーにおける示量変数は物質量のみなので、系の物質量の増減を伴う準静的操作がする仕事を考えなくてならないのだが、明確には定式化されていない印象を受けた。また、そのため、化学ポテンシャルに対しても十分に理解できなかったという消化不良感が残り、化学平衡についての論理展開もしっくり来なかった。

また、第9章では浸透圧や沸点上昇などの現象を扱っているが、数学的には厳密なのだろうが、熱力学関数の式変形が前面に出て物理が後景に下がっている。数式の意味するところの物理的な意味や考察についてもう少し説明が欲しかった。また、電気化学ポテンシャルのパートでは、外場があり密度分布に位置依存性がある場合の一般論が導入される。しかし、すぐに考えている部分系では外場が一定の話に移行するので、一様ではない密度分布を熱力学的にどのように取り扱えるかが学べず残念だった。総じて、多成分系の熱力学に関しては、他の教科書に比べて特段に分かりやすいとは感じなかった。

一方で、熱力学の基礎となる数学的な構造について非常に深い理解が得られるのは確かであり、それが本書の最大の長所だろう。熱力学は、アプローチの異なる何冊かの教科書を読んで初めて、自分なりに体得した感覚が得られるものなのかもしれない。

3人のお客様がこれが役に立ったと考えています

役に立った

キノコ老師

熱力学の理解のために

2024年1月27日に日本でレビュー済み

本書は掴みどころのない熱力学を力学的操作を軸として考えることで、「熱」や「エントロピー」の理解へと導く。熱力学が一つの体系として構築されており、また、熱力学の美しい理論体系を理解するのに適した1冊。

2022年9月23日に日本でレビュー済み

Amazonで購入

一般的な熱力学は知識型の学問であると思われていた．細かな諸条件が設定される熱的操作を逐一区別しながら，精妙な曲線たちの断面の中に隠れている得体の知れない「熱エネルギ」や「熱エントロピー」を探していく...　熱力学「職人」を育成するために...
　そのような状況を改善しようとした田崎晴明さんのこの教科書に出会って，（困難さはあまり変わってはいないかもしれないけれど），少なくとも，熱力学を学びなおそうという意欲は湧きなおしてきたように感じられました．
　共感を大切にしながら説明を進めていこうという田崎さんの基本姿勢がすごく感じられます．不思議な部分は不思議さを，奇妙な部分は奇妙さを，理解してもらうという姿勢を感じます．
　受験勉強などのための参考書として評価するべき教科書ではなく，熱力学の本質をしっかり考える（理解して手先の器用な職人になれなくとも）（決して，「職人さん」を軽蔑している訳ではありません，悪しからず）ことを目指す方々には，良質の熱力学を与えてくれると思います．
　ただし，更なる要望を云うとすれば，例えば谷下市松著「工業熱力学基礎編」（手元の1998版は修正第46版！）などの記述との関連性（主要）な部分だけでも）についても触れてもらうと，嬉しいと思いました．

8人のお客様がこれが役に立ったと考えています

役に立った

Amazoner 007

大学入学時のお供

2017年5月2日に日本でレビュー済み

Amazonで購入

ある工学部では化学という科目で熱力学をさせられることになり,
混乱＆単位を落とすフルコンボが決まっている.
（コンボ確率0.3）
シラバス等を確認し,
化学という欄にエントロピーとかいう文字が一文字でもあれば,
すぐさまこの本を買い（もしくは大学図書館でコピー）
理解を進めていくことをおすすめする.

狂人の講義が理解できない僕のような凡人には強くおすすめする.

13人のお客様がこれが役に立ったと考えています

役に立った

小笠原訓

難しすぎる

2023年11月18日に日本でレビュー済み

Amazonで購入

私には難しすぎるので、ほかの本を勉強してから、しなおします。

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