エネルギーとエントロピー

この記事は、本「ブラックホールの戦い」からのエネルギーとエントロピーに関する資料の概要です。

エネルギーはその形を変えることができます。キネティック、ポテンシャル、ケミカル、エレクトリック、ニュークリア、サーマルは、エネルギーのほんの一部です。それは常にある形態から別の形態へと変化しますが、一つのことは変わりません。すべての形態のエネルギーの合計は決して変化しません。

例を見てみましょう。石などの巨大な物体を丘に上げる。育て始める前に、食べ物でリフレッシュすることができます。石を上げた後、放すと重力の影響で転がり落ちます。その結果、化学エネルギー（食品）は潜在的なエネルギーに変換され、次に運動エネルギーに変換されます。しかし、石が転がり落ちて止まると、運動エネルギーはどうなりますか？それは熱に変わり、その一部は大気中に、一部は地面に流れ込みます。フルサイクル：化学=>ポテンシャル=>動的=>熱。

アインシュタインは、質量がエネルギーであることを示しました。これを述べることによって、彼はすべてのオブジェクトがその質量を変えることによって抽出できる潜在的なエネルギーを含んでいることを意味しました。たとえば、ウラン核は自発的にトリウム核とヘリウム核に崩壊します。一緒に、それらは元のウランよりわずかに軽いです。この過剰な質量は、トリウム核とヘリウム核の運動エネルギー、およびいくつかの光子に変換されます。原子が減速して光子が吸収されると、余分なエネルギーが熱になります。

熱エネルギーはすべての中で最も神秘的です。現代の熱の分子理論が出現する前は、物理学者や化学者はそれを液体のように振る舞う物質であると考えていました。熱いものから冷たいものへと流れ、熱いものを冷やし、冷たいものを加熱することが想像されました。

しかし、熱はエネルギーの一形態です。これを視覚化するために、思考実験を行いましょう。お湯の中で分子のサイズに縮小すると、水分子がランダムかつ迅速に互いに衝突する様子を見ることができます。水が冷え始めると、分子はよりゆっくりと動きます。凝固点まで冷却すると、分子が結合して固体結晶を形成します。それでも、彼らは躊躇します。すべてのエネルギーが引き出されると、分子は振動を停止し（量子変動を考慮しない場合）、この場合、温度は絶対ゼロケルビンまたはマイナス273.15℃に達します。

異なる形態間の変換中のエネルギーの保存の原理は、熱力学の第一法則と呼ばれます。

エントロピ

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