熱をよく伝える素材でできたシリンダーの内部に、物質量nの気体を入れ、なめらかに動く質量m、断面積Sのピストンでふたをして水平な床の上に置いた。このとき、ピストンはシリンダーの底面から高さhの位置で静止した。しばらく放置しておくとピストンはゆっくりと上昇し、シリンダーの底面から高さ11/10hの位置に達した。この間、シリンダー外とシリンダー内の気体の温度(絶対温度)はTまま一定であった。ピストンの位置がhから11/10hに上昇する間,気体の内部エネルギーは(一定であり)、熱は(シリンダーの外部から内部へ移動する)。これはなぜですか?解答によると、気体の温度一定より内部エネルギーが一定...①これよりWout\u0026gt;0よりQ in\u0026gt;0...②らしいです。①と仮定すると②になることは理解できるのですが、なぜ①が成るのかわからないです。内部エネルギーの変化ΔU=knRT(kは定数)という公式からなんとなく温度が一定なら内部エネルギーの変化のないようなイメージです。またQも然りQ=mcΔTよりイメージとしては温度一定なら内部エネルギーも一定のイメージです。ですが仕事Wは、体積Vが変化したので混乱しました。温度一定なら内部エネルギー一定は原則ですか?またこの時Qが変化する理由はなんですか?また仕事Wが変化しているのは分かりますが、この時圧力Pは変化していますか?またそれはどういう記述からわかりますか?

1件の回答

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1056443

2026-02-19 17:55

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温度が変化しないのに、放置しているだけで気体が膨張した理由が不明な問題ですね。問題文に書いてある通りに受け取ると、膨張する理由が皆無なので問題として成立していません。



可能性としては



1. 入れたときの気体の温度はまわりより低く、熱が流れ込んで温度が上がって膨張した。ただし、これは問題文で否定されている。



2.入れたときの気体の圧力は大気圧よりも高く、ふたをした時静止して見えたが、本当はつり合いが成立しておらず、静止の記述が適当ではなかった。



3.最初静止したと書いてあるけれど、本当は固定具で動かないようにピストンが固定されていた。この時の気体は圧力が高く、固定を外したので動き出した。

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