第二法則―自発過程の方向

🧠 孤立系isolated system 孤立系（isolated system）isolated system（孤立系） の全エントロピー total entropy 全エントロピー（total entropy） total entropy（全エントロピー） は自発過程で増加する。 熱が高温側から低温側へ流れる方向性を説明する。

全エントロピーと自発性

自発過程では系と外界を合わせた全エントロピー total entropy 全エントロピー（total entropy） total entropy（全エントロピー） が増え、可逆極限で変化は0になる。系だけのΔSは負にもなり得るため、孤立系isolated system 孤立系（isolated system）isolated system（孤立系） か非孤立系 isolated system 孤立系（isolated system） isolated system（孤立系） かを必ず区別する。

第二法則―自発過程の方向を表す式

$\Delta S_{total}$は系と外界を合わせた変化で、自発不可逆過程では正、可逆極限では0である。

不可逆過程の方向

局所的に秩序が増しても周囲を含む全エントロピー total entropy 全エントロピー（total entropy） total entropy（全エントロピー） が増えればよい。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='total entropy'>全エントロピー</span>と<span class='jp-term jp-term-diagram' title='spontaneous'>自発性</span>"] --> B
  B["不可逆過程の方向"] --> C
  C["局所的に秩序が増しても周囲を含む<span class='jp-term jp-term-diagram' title='total entropy'>全エントロピー</span>が増えればよい"] --> D
  D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='constraint'>拘束条件</span>に応じた判定量"]

拘束条件に応じた判定量

エントロピーを系だけでなく周囲まで含めて数えると、熱が高温側から低温側へ流れる方向性を説明できる。生体内in vivo 生体内（in vivo）in vivo（生体内） で局所的な秩序が増しても、周囲を含む全エントロピー total entropy 全エントロピー（total entropy） total entropy（全エントロピー） が増えれば第二法則 second law 第二法則（second law） second law（第二法則） に反しない。定温・定圧条件では同じ判定をギブズ自由エネルギーGibbs free energyギブズ自由エネルギー（Gibbs free energy）Gibbs free energy（ギブズ自由エネルギー）で簡潔に表せる。

第二法則second law 第二法則（second law）second law（第二法則） はエネルギー保存 energy conservation エネルギー保存（energy conservation） energy conservation（エネルギー保存） だけでは決まらない方向を与える。進行方向を判断する条件は拘束条件 constraint 拘束条件（constraint） constraint（拘束条件） で変わり、定温・定圧では全エントロピー total entropy 全エントロピー（total entropy） total entropy（全エントロピー） よりギブズ自由エネルギー Gibbs free energy ギブズ自由エネルギー（Gibbs free energy） Gibbs free energy（ギブズ自由エネルギー） を使うと便利である。

まとめ

生物を含む系の熱力学では、保存則とエントロピー・自由エネルギーfree energy 自由エネルギー（free energy）free energy（自由エネルギー） の制約 Limitations 制約（Limitations） Limitations（制約） を同時に扱う。¹²

• 孤立系isolated system 孤立系（isolated system）isolated system（孤立系） の全エントロピー total entropy 全エントロピー（total entropy） total entropy（全エントロピー） は自発過程で増加する。熱が高温側から低温側へ流れる方向性を説明する。
• 局所的に秩序が増しても周囲を含む全エントロピー total entropy 全エントロピー（total entropy） total entropy（全エントロピー） が増えればよい。
• 第二法則second law 第二法則（second law）second law（第二法則） はエネルギー保存 energy conservation エネルギー保存（energy conservation） energy conservation（エネルギー保存） だけでは決まらない方向を与える。