（ロ）と（ハ）についてなんですけど、 （ロ）の熱力学第1法則の右辺の2RΔTの「2」って何を表しているのですか？ （ハ）では15RnΔTだけではだめで、なぜ3/2×2RnΔTと15RnΔTのふたつが必要なのかがわかりません

4. 以下の設問の解答を所定の解答欄に記入せよ。 解答中に分数が現れる場合は既約 分数で答えよ。 なお, 導出過程は示さなくてよい。 熱を通さない断熱材でできた内側の断面積Sのシリンダー容器 (以後、容器と 呼ぶ) がある。 気体定数を R, 重力加速度の大きさをgとする。 (日) (A) 図1のように容器を鉛直方向に固定し,熱を通す透熱材(熱をよく通す素材) でできた熱容量の無視できる質量 Mのピストンを容器内側の中央に設置して, Mのピストンを容器内側の中央に設置して、 ピストンの上側と下側にそれぞれ1 molずつ (合わせて2mol) の単原子分子の 理想気体を入れた。 ピストンで密封された上側と下側の理想気体の圧力、 体積 . 温度はともに等しく,その圧力をP体積をVo温度をTする。この状態 を状態1とする。 平常 左 次に状態で容器の中央に設置されていたピストンの固定を外すと、ピストン は鉛直下方にゆっくりと距離αだけ移動して静止した (図2)。 この過程におい て、ピストンで仕切られた理想気体は常に平衡状態に達しており、 ピストン上側 の理想気体の圧力はP 体積はV1で,ピストン下側の理想気体の圧力はP2 積はVであった。 この状態を状態2とする。 なお、ピストンと容器の間に摩擦 であった。 力はなく、ピストンは鉛直方向になめらかに動くことができる。 また、ピストン と容器のあいだに隙間はなく,ピストンで仕切られた理想気体は反対側に漏れ出 ることはないものとする。 平

(3)について質問です。 pvグラフが比例グラフの一部のようになっていますが、これは何変化なのでしょうか？等温変化や断熱変化は反比例グラフの一部のような形だと習ったので、どれにも当てはまっていなくて分かりません。 それとも反比例グラフの1部を切り取っているから、反比例グラフ... Read More

この変化は何変化になりますか？ ・ピストンが動く▶︎体積は変化する ・温度調節器がある▶︎温度は変化する ・ばねがついている▶︎気圧は変化する で、ピストンは断熱材でできているとあるので断熱変化なのかなと思ったのですが、(4)の問題で答えたpvグラフと、断熱変化のpvグラフ... Read More

気体が真空へ膨張するときなぜ仕事をしないとなるのでしょうか

図のように,栓Cが付いた細い管でつながれた二つの円筒容器 A, B がある。左の 容器 A の体積は Vo で, 右の容器 B には, なめらかに動く断面積Sのピストンが取り 付けられている。はじめ,栓Cは閉じられており,容器 A には絶対温度 To で外部と 同じ圧力 Poの気体が入っている。また, 容器Bの内部は真空であり, 体積が夢とな るようにピストンが固定されている。 ただし, 円筒容器,栓,ピストンは熱を通さ ず, 細い管の体積は無視してよいものとする。 O 0 ピストン製 S 容器 A 栓C 容器B (断面積) C Vo, To, Po Vo 1/2 真空 Poえなけれ 問1 ピストンの位置を保ったまま栓Cを開くと, 気体が容器 A, B 全体に一様に広 がった。この過程に関する記述として正しいものを二つ選べ。原千代千葉華 ① 気体は外部に対して仕事をせず, 気体の圧力は減少した。 間 Vq .> ② 気体は外部に対して仕事をせず, 気体の圧力は変化しない。 気体は外部に対して仕事をせず,気体の圧力は変化しない。標 ③ 気体は外部に対して仕事をし, 気体の圧力は減少した。 ④ 気体は外部に対して仕事をし, 気体の圧力は変化しない。 2 ⑤ 気体の温度は 1 To に下がる。 0EST @ ⑥ 気体の温度はTのまま変化しない。 3 2 ⑦ 気体の温度はTに上がる。 シリンダー ocea 083 Q 068 0

メモ書きありの問題ですみません。 2枚目の解答で印をつけてるところが何故その条件になるのか教えていただきたいです。 回答よろしくお願いします。

第1問 次の問い (問1~5) に答えよ。(配点 25 ) 問1 次の文章中の空欄 1 . 2 に入れる式として正しいものを,それ ぞれの直後の{ } で囲んだ選択肢のうちから一つずつ選べ。 ただし, 重力 加速度の大きさを とする。 また、空気抵抗は無視する。 大きさの無視できる小球を,図1のように水平成分の大きさ1,鉛直成分 の大きさの初速度で打ち出し, そこから水平方向にℓ,鉛直方向にlだけ離 れた位置に中心が固定された小さなリングを上から下に通過させたい。 このと ①UL V₁ V 2 ① ge gl 2,2 1 201 + 201 の関係があり,また, B gl 201 xy 2 /gl でなくてはならない。 13gl 2 Vi l=Mit l = N2t== = 9; l V₁ =t 0 V2 -g 06 MI リング V2 小球 l 図 -2- 1 l= N2t- l=vit 19±² N2X-Nix-19 V2=VI- NI - 19t 0 = №2 Nit N2=0 9 => 201

次の問題で次の状態からがどの様に判断するかがよく分からないのですがどなたか解説お願いします🙇‍♂️

問題8 一定量の理想気体が,ピストンでシリンダー内に閉じ込められている。 下図のよう (2in=0 にこの気体の圧力と体積を A→B→C→D→A と変化させる。 ただし, A→Bは断熱 Wout 変化, B→Cは定圧変化, C→Dは定積変化, DAは等温変化である。 各過程において、 気体が吸収する熱量Q, 気体の内部エネルギー変化 4U, 気体が外 部へする仕事 W の値がそれぞれ 「+」, 「-」, 「0」 のいずれになるか、下表に記入せ よ。 圧力↑ A B C 体積 Gin = + Wat Q 4U W A→B 0 B→C C→D D-A - - 0 十 十 0

(1)について質問です B室のところで圧力をp1として計算しているのはなぜですか？

状態 1 A 室 IS B室 To To L L 265 断熱変化■ 図のように,両端を閉じた長さ2L, 断面積Sのシリンダー内部に, なめらかに動く厚さの無視 できる壁を取りつけ, A室およびB室に区切る。このシリ ンダーおよび壁は断熱材でつくられており, A室内の気体 はヒーターにより加熱できるものとする。 A室およびB室 状態 2 のそれぞれに, 温度 To の単原子分子理想気体1mol を封 入すると,気体の圧力はともに po となり, 壁はシリンダー の中央に静止した (状態1)。 次にA室内の気体を加熱した A 室 B 室 T1 T2 d ところ, A 室内の気体の圧力が上昇し、壁がシリンダーの中央よりd (<L)だけ右 に移動し静止した(状態2)。 A室内の気体が吸収した熱量Qと壁の移動量dの関係を求 めたい。 気体定数をRとする。 (1) 状態2におけるA室内の気体の温度 T, およびB室内の気体の温度T2を, To, L, d, Do, p を用いて表せ。 P1 5 =/1/3とし (2) を, L, d を用いて表せ。なお, 単原子分子理想気体の断熱変化では,y=1/3 po てV'=一定の関係が成りたつことが知られている。 (3)状態1から状態2への変化で,A室内の気体の内部エネルギーの変化 4UA, および B室内の気体の内部エネルギーの変化 4UB を, To, R, L, d を用いて表せ。 (4) A室内の気体がB室内の気体に対してした仕事を Wとする。 4U および 4UB を, QWのうち必要なものを用いて表せ。 (5) Q を, To, R, L, d を用いて表せ。 [22 岡山大 改] 254

2枚目の解答のオレンジ線を引いているところについて質問です。 問題にはシリンダーとピストンは断熱材で作られている、と書かれているので断熱変化なのかとおもっていたのですが、ばねがついていると断熱変化では無くなるのですか？

1 264 ばね付きピストン■図のように, なめらかに動くピス トンとヒーターを備えた底面積Sのシリンダー内に1molの単原 子分子理想気体を入れる。 ピストンは, ばね定数んのばねで壁に 連結している。大気圧 のとき, シリンダーの底からピストン までの距離が でつりあい, ばねは自然の長さになっている。シ リンダーとピストンは断熱材で作られ,外からの熱の出入りはな いものとする。 気体定数をRとして、 次の問いに答えよ。 (1) このときの気体の温度T を求めよ。 10000000 ヒーター % k mo (2)次に, ヒーターで熱量Qを与えたら気体の温度は上昇し, ばねはxだけ縮んだ。 次の 気体の各量を求めよ。 (ア) 変化後の気体の圧力(イ) 内部エネルギーの増加⊿U (ウ) 気体が外部にした仕事 W' (エ) 加えた熱量 Q (3) ピストンから静かにばねをはずし, 気体をゆっくりと変化させると気体の圧力はpo になった。 圧力と体積の関係をグラフで表せ。 物

(2)はなぜpについて積分しているのですか？ また、式変形の仕方も教えていただけると嬉しいです🙇‍♂️ まだ積分の範囲を習っていないので基礎的なことを教えて欲しいです

260 断熱変化と等温変化■ 容器の中に1molの単原子 A 分子理想気体が入っている。 この気体の圧力と体積Vを 図のようにゆっくりと変化させる。以下では,気体定数をR T1 B C とする。また,必要ならば,a≦x≦b の範囲で、関数と 0 VA VB Vc V x x軸との間で囲まれる面積は積分 So/1dx=10g 1/2(10geは自然対数)で求まることを 利用してよい。 (1) 図のA→Bの過程のように,気体を体積 VA から VB まで断熱膨張させると,気体の 温度は T から T2 に下がった。 このとき,気体が外部にした仕事を求めよ。 (2)容器を熱源に接触させて,図のA→Cの過程のように,気体の温度を T に保ちなが ら,気体の体積をVA から Vc に膨張させた。 このとき, 気体に外部から加えられる 熱量を求めよ。 [18 琉球大] 255 ヒント 259 衝突前後の運動量の差 (ベクトルで考えた差) が力積に等しい。 260 熱力学第一法則 「4U=Q+W=Q-W'」 (W' : 気体がした仕事) を用いる。 断熱変化で は Q=0, 等温変化では⊿U=0 となる。

3枚目の写真の緑のマーカーで囲った※Bの部分の言っていることが分からないので教えてほしいです。

64.〈ピストンで封じられた気体分子の運動〉 なめらかに動くピストンがついた容器内に質量mの単原子分子 からなる理想気体が封入されている。 ピストンおよび容器は断熱材 でできている。図に示すように x, y, z軸をとり, 容器の断面積は 一様であるとする。 次の問いに答えよ。 〔A〕 まず,ピストンが固定されており, ピストンの底部は容器の 底からんの距離にある場合を考える。 (1)容器内のある1個の気体分子を考え,そのz軸方向の速さを ひとする。分子がピストンに弾性衝突したときピストンが受 ける力積の大きさを求めよ。 (2) (1)において1個の分子がある時間 4t にピストンに衝突する回数を答えよ。 (3)(2)においてN個の分子によって 4tの間にピストンが受ける平均の力の大きさを答 えよ。ただし,気体分子全体のvzの2乗の平均 22 を用いよ。 〔B〕 次に,ピストンをz軸の負の向きにより十分に小さい一定の速さで押しこんだ 場合を考える。なお理想気体では, 内部エネルギーは各気体分子の運動エネルギーの総和 となる。 z軸方向の速さvz の1個の分子がピストンに弾性衝突した後の軸方向の分子の速さ vz を求めよ。 また,衝突前後の分子の運動エネルギーの変化量⊿u を答えよ。この際, 1± b b は十分小さいことより (10) = 0 という近似が成りたつことを用いよ。 Vz Vz Vz Vz (54)において⊿t の間のN個の分子の運動エネルギー変化の合計 4U を v22 を用いて答 えよ。 ただし, 4t の間のピストンの移動距離はんに比べて十分小さいものとする。 〔A〕のときの容器の体積を V,気体の温度を T, 内部エネルギーをひとおく。また, 4tの間の体積の変化を⊿V, 温度の変化を⊿T とする。 気体分子全体の速さ”の2乗 44 が成りたつこと の平均をとしたときが成りたつこと,また, U を用いて 4 を 4T, T を用いて表せ。 AV V 記 (7/3)で求めたを用いて、4tの間に気体がピストンにされた仕事⊿W を答えよ。 また, この結果を(5) と比較して,気体を断熱圧縮したとき,気体がされた仕事と運動エネルギ ーの関係について説明せよ。 [23 埼玉大改]