庆应义塾大学、东京大学和学习院大学的研究小组在具有 200 多年历史的热力学领域发现了新的基本极限,表明“什么不能做”。 “如果你试图提高效率,每小时的产量将不可避免地下降,”他证明了这一点。
热力学基于两个“不可能”原则:能量不能从无到有产生的“热力学第一定律”,以及热能不能1%转化为可用能量的“热力学第二定律”。能用多少的比例叫做“效率”,效率是有上限的(卡诺比)。此外,将“热机”等热能转化为动能和电能的装置每小时能输出多少能量,称为“功率”。
这一次,课题组利用最新的“非平衡态统计物理学”推导出了一个原理关系式,即一般热机的效率提高,功率必然降低。从这个关系式可以得出结论,为了将发动机的效率提高到上限,发动机的运行速度必须无限减慢,从而几乎无法获得可用能量。结果据说消极地解决了长期存在的争议“是否可以使用高效利用能源并在短时间内获得大量能量的热机?”
这一成就将成为认识“不可能”的新理论体系的基础。既然能源资源的有效利用很重要,效率和功率之间的原则限制有望用作热机性能评估的标准和开发指南。