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問題の説明が不十分だと思いますが、単原子分子の理想気体を封入する前は、真空（何の気体も入ってない）と読み取れます。
ストッパーsがあるので真空でもそれ以上下には下がりません。
物理
高校生
解決済み
物理の熱力学についての質問です。図11-6のIでは圧力がp0となっています。でも単原子分子の理想気体を封入する前もピストンはSの位置で不動、つまり、理想気体を封入する前に存在した気体の圧力はp0であったということになると思います。そうすると、理想気体の圧力がp0であるから、合計2p0の圧力になると思うのですが、私の考えのどこが間違っているのか教えて欲しいです。
出題パターン
39 ばねつきピストン
断面積がSのシリンダーが鉛直に立ててある。 ピ
ストンとシリンダーの底とは自然長がんのばねで
結ばれている。 またシリンダーの底から測って高さん
ピストンw
の位置にストッパーsがある。このシリンダー内に,
ある量の単原子分子の理想気体を, その圧力が大気圧
ばね×
と同じp になるまで封入した。 このときピストン
はストッパーsの位置にあり、 絶対温度は T であっ
た (状態Ⅰ)。
次に封入気体をゆっくりと加熱したところ, 温度が2T となったところ
でピストンは上昇を始めた (状態ⅡI)。 さらに加熱したところ, 温度が6T
となったときピストンは
h
だけ上昇した (状態Ⅲ)。
(1) ピストンの質量を求めよ。 重力加速度の大きさを g とする。
(2)状態Ⅰから状態Ⅱまで気体のした仕事を po, S, hで示せ。
(3)状態Ⅰから状態Ⅲまでに加えられた熱量を po, S, んで示
解答のポイント!
ばねの伸びと圧力の増加分は比例するので,Ⅱ→Ⅲのか-Vグラフは直線。
解法
(1)~(3) 熱力学の解法3ステップで解く。
状態
I : po・Sh=nl
Ⅱ:pSh=n_
Ⅲ:
pa S..
2
①②をた
⑦を④に代
① ③を辺
⑧ ⑨を⑤
STEP2
↑
4po
2pol
po
0
STEP
STEP1 各状態のp, Vn.Tを図示する。ピストンWの質量を M, ばね
定数をとする。
AU=
I
I
III
大気圧
PS4
k
←I
PIS
上昇し
Po
n
eeeeee
24
Sh
126 漆原の物理 熱力学
(定
はじめる
= (N-POS Mg
P1
n
heeeeee
pos
(T
Sh
43250
Mgd
II-
2T
6T
Iから
伸び 1/
h
W
図 11-6
lom] [-w
+5-1x(
Q
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