芝浦工業大学の2222年度、2月2日の問題です。 (1)から分からないので教えて欲しいです。

1. 以下の設問の解答を所定の解答欄に記入せよ。 導出過程は示さなくてよい｡ なお, 解答中に分数が現れる場合は既約分数で答えよ。 (A) 図1(a)のように、内側の断面積S の円筒状の容器を水平に設置し, その中に 気密を保ちながらなめらかに動くピストンが付いている。 容器の右側にはコック が取り付けられており, ピストンの右側に大気を入れることができる。 容器の左 内面とピストンの左面の距離をxとする。 容器は壁を介して外部と熱を交換で き, ピストンは熱を通さない。 ピストンと容器の左側の面はばね定数k, 自然長 Lの軽い体積の無視できるばねでつながれている。 ばねは円筒状の容器の左面中 央とビストンの左面中央を結ぶように取り付けられており.たわむことなく水平 方向のみに動くものとする。 また, 容器とばねの熱容量は無視できるものとして 以下の操作 A, 操作B, 操作Cをおこなった。 操作A 容器の左側に単原子分子理想気体を入れ、 右側を真空にしてコックを閉 じたところェ=2Lであった。 操作B 操作Aの後, コックをゆっくり開き大気を容器の右側に取り込み十分に 時間が経過したところ, x= 12/2となった。 操作C 操作Bの後。 図1 (b)のように容器の左側に熱容量および体積が無視でき るヒーターを取り付け、容器の左側内部の気体のみに熱を加えること ができるようにし、さらに容器の右側を除く部分をすき間なく断熱容器 で覆った。 コックを開いた状態で, ヒーターで熱量Qをゆっくりと容 器の左側内部の気体のみに与えたところェ=2Lとなった。 S ・円筒容器 1,00000000 お間ライブ ピストン コック 図1 x 1,00000000 ヒーター 断熱容器 (b) ピストン (イ) 大気の圧力をk, L, Sを用いて求めよ。 (ロ) 操作Cにおいて気体に与えた熱量Qをとを用いて求めよ。 2224500402

(2)番についてです 自分は位置エネルギーと大気圧への仕事も考えてW=pΔv+MgL/2+p0ls/2 と考えたのですが、解答では位置エネルギーとか考慮していません。なぜですか？

142 熱 49 熱力学 断熱材で作られた円筒形の容器に〔mol]の 単原子分子の理想気体が入っていて、圧力と温 TOK] は大気のそれと等しい。 ピストンMの 質量は 〔kg] で滑らかに動く。はじめMはス トッパーAで止まっており、容器の底からの高 さはLQm] である。 気体定数をR [J/mol・K], 重力加速度(m/s²] とする。 (1) ヒーターのスイッチを入れて気体を加熱し たところ, 温度が T1 [K] になったときM が上に動き始めた。温度 T と気体に加えた熱量 Q1 〔J〕 を求めよ。 (2) Mはゆっくり上昇を続け高さが2.2L[m]となった。このとき の温度 T [K] を求めよ。 また,Mが動き始めてからこのときまで に気体がした仕事 W 〔J〕 と気体に加えた熱量 Q2 〔J〕 を求めよ。 ここでヒーターのスイッチを切った。 そして,外力を加えてMを ゆっくりと押し込み、元の高さL 〔m〕まで戻した。 このときの気体 の温度 T3 〔K〕 を求めよ。 また, このとき気体がされた仕事 W 〔J〕 を求めよ。 ただし、この断熱変化の過程では圧力と体積Vの間に (京都工繊大) はPV =一定の関係がある。 Base M ヒーター 10000 Cv= Level (1), (2)★ (3)★ Point & Hint (1) 前後の状態方程式と、ピストンが 動き始めるときの力のつり合いを押さ える｡ 大気圧をPo, ピストンの面積をS とでもおくとよいが,これらの文字は 答えには用いられない。 (2) なめらかに動くピストンが自由になっていると 定圧変化が起こる。 定圧変化では, 気体がする仕事 = PAVとなる。 (3) 断 熱変化では,PV=一定が成り立つ。 γは比熱比とよばれ, y=Cp/Cv ここで は単原子なので,y= =1/12/2/12/2R=7/3/3 となっている。あとは第1法則の問題。 5 h= 単原子分子気体 nRT U= 3 5 = 2R CP=R 2 ※ この3式は「単原子｣のとき LECTURE 初めの気体の状態方程式は ピストンが動き始めるときの圧力をPとすると PSL = nRT …..……② (1) そして,このときのピストンのつり合いより PS = Pos+Mg...... ③ T₁=To+ _MgL nR4 ①〜③ より 定積変化だから より (2 そして (2) Pi での定圧変化が起こる。 状態方程式より P₁S³/L=nRT₂ また, Q=nCvAT= PSL = nRTo ...... ① T₂ = ³2 T₁ = 3 (To+ MgL nR W2 = Pi4V = Pi P.(S. 3/L-SL) Q2=nCpAT = n 状態方程式より 5 2 第1法則より より 49 熱力学 nR(T₁-To) = MgL 2 2 T3= ③ -T₁ (3) 高さまで押し込んだときの圧力をP3とすると P.(S-L)* = P.(SL) P3= 3 PS を用いて. Ws = Mg AU』を調べ ( 4U2=2R(T-T)) 第1法則 4U2 = Q2+(-Wa) を用いて Qを求めることもできるが、まわりくどい｡ =1/12P.SL=1/12nRT=1/12(nRT,+MgL) ②を用いた .. T = n. 52 R (T₂ - T₁) = (nRT. + MgL) 143 ピストンが動いて も上図の状況は変 P.S わらない。 つまり, 圧力 P1 は一定 'P・SL = nRT3 ...... ⑤ - (3) ³T = (3) (T. + MgL) 'T nR 2nR (T₁-T₂) = 0 + W₁ P1 = (2)(2)-1) (nRT. + MgL)

(2)番についてです 自分は位置エネルギーと大気圧への仕事も考えてW=pΔv+MgL/2+p0ls/2 と考えたのですが、解答では位置エネルギーとか考慮していません。なぜですか？

49 熱力学 断熱材で作られた円筒形の容器に〔[〔mol] の 単原子分子の理想気体が入っていて, 圧力と温 度TOK]は大気のそれと等しい。 ピストンMの 質量は Mi [kg] で滑らかに動く。はじめMはス トッパーAで止まっており, 容器の底からの高 さはL][m]である。気体定数をRJ/mol・K], 重力加速度を[m/s2] とする。 (1) ヒーターのスイッチを入れて気体を加熱し たところ、温度が T1 〔K〕 になったときM が上に動き始めた。 温度 T1 と気体に加えた熱量 Q1 〔J〕 を求めよ。 (2) Mはゆっくり上昇を続け、高さが12/23L 〔m] となった。このとき の温度T2 〔K〕を求めよ。 また,Mが動き始めてからこのときまで に気体がした仕事 W2 〔J〕 と気体に加えた熱量Q2 〔J〕 を求めよ。 ここでヒーターのスイッチを切った。 そして, 外力を加えてMを ゆっくりと押し込み, 元の高さL 〔m〕まで戻した。 このときの気体 の温度 T 〔K〕を求めよ。 また,このとき気体がされた仕事 W [J] を求めよ。 ただし, この断熱変化の過程では圧力Pと体積Vの間に は PV 3 =一定の関係がある。 (京都工繊大) Base 771 3 Level (1),(2)★ (3)★ Point & Hint Cv= Cp= ※ この3式は「単原子｣のとき (1) 前後の状態方程式と, ピストンが 動き始めるときの力のつり合いを押さ える｡ 大気圧をPo, ピストンの面積をS とでもおくとよいが,これらの文字は 答えには用いられない。 (2) なめらかに動くピストンが自由になっていると 定圧変化が起こる。 定圧変化では,気体がする仕事=P⊿Vとなる。 (3) 断 熱変化では,PV=一定が成り立つ。 ♪は比熱比とよばれ, y=Cp/Cv ここで は単原子なので, y = = 12/12/12/2=121238 となっている。あとは第1法則の問題。 M -R ヒーター 10000 単原子分子気体 3 U= -nRT 2 5 R LECTURE (1) 初めの気体の状態方程式は PSL = nRTo ...... ① ピストンが動き始めるときの圧力をPとすると PSL = RT ...... ② そして、このときのピストンのつり合いより PS = PS+Mg..... ③ MgL Ti = To+ nR QinCvAT=- R(T₁-To) = 32 MgL ① ~ ③より 定積変化だから P1での定圧変化が起こる。状態方程式より PS・・ S/L=nRT2 4 (2) より そして そ T₁ = 3 T₁ = 2 (T. + Mg L nR W₁ = P₁AV = P₁ (S. 3/L-SL) より 49 熱力学 状態方程式より (3) 高さまで押し込んだときの圧力を P3 とすると B 第1法則より PS T3 = Mg また, Q2=nCAT=n212R(T2-T)=(nRT+MgL) 4U』を調べ ( 4U2=220R (T-T) 第1法則 4U2 = Q2+(-W)を用いて 4U₂ Qを求めることもできるが、まわりくどい｡ 143 P.(SL) = P.(SL) ( ∴. P3= P1 PS ピストンが動いて も上図の状況は変 わらない。 つまり, 圧力 P1 は一定 =1/23PSL=/1/2nRT=1/12(nRT+MgL) ②を用いた (2) *P₁.SL = nRT .... (3) ³T₁ = (3) ³( T. + MgL) 'T= nR 2nR(T₁-T₂) = 0+W₁ W₁ = (2) ² (2) ³-1} (nRT. + MgL)

解説がとても長くて分かりづらかったのですが、 結局、浮力（上向き）がどこでも変わらないけれど、 より深くへ物体が行くことで水圧が大きくなって、 重力（下向き）の力が浮力よりも大きくなるということですか？

25 水中で,空気を含んだ容器が静止している。 この 容器を下へ押し下げ静かに放すと, 上昇するか,下 降するか、 そこで静止するか。 気体の体積は圧力が 増すと減少する。 温度は一定とする。 水 空気

この問題の解き方がわかりません。教えてください。ちなみに答えは900gです

(8) 濃度20%の食塩水300gに水を加え, 濃度 5%の食塩水にするには 水を -0.15x2 何g加えればよいか。 3図の確認

この問題の4の⑴の③と⑵の①②がわかりません。解説も載せておくので意味を教えてください。また、別の解き方でも教えて欲しいです。

-80% 80% 4 炭素を用いた酸化銅の還元, 化学変化と質量 単元横断 物質の質量の変化を調べるために、次の実験を行った。 あとの問いに答えなさい。 (青森) 実験 1 a~eの班で,それぞれ酸化銅の粉末 4.80gに異なる質量の炭素粉末を 図1 よく混ぜて混合物とし, 図1のような装置を用いて加熱したところ,どの班でも 二酸化炭素が発生した。 しばらくするといずれの班も気体の発生が止まり 班 の混合物だけがすべて赤色の銅に変化していた。 次の表は, 加熱前に混ぜた炭素 粉末の質量と加熱後の試験管に残った粉末の質量をまとめたものである。 班 混ぜた炭素粉末の質量 〔g〕 0.12 0.24 0.36 0.48 0.60 試験管に残った粉末の質量 〔g〕 4.48 4.16 3.84 3.96 4.08 4801 実験2 図2のような装置を用いて, 銅粉 3.00gを加熱し、質量をはかったところ,図2 3.70gであった。 ステンレス皿 (1) 実験1について,次の ①~③に答えなさい。 めいしょう ① 下線部の化学変化によって酸化された物質の名称を書きなさい。 記述 次の文は, 下線部の化学変化で, 二酸化炭素が生じた理由について述べた ガスバーナー ものである。文中の ( に適切な内容を炭素,銅,酸素の3つの語句を用いて 書きなさい。 1)3 エント a b g (2) ① C d e ガイド p.26 27 2 結びつきやすいから。 (3) c班の試験管では, 酸化銅も炭素も残らず化学変化し, 二酸化炭素と銅だけが生じた。 b班の試験管には, 何gの銅が生じたか, 求めなさい。 ただし,試験管中の気体の酸素は考えないものとする。 (2) 実験1,2の結果をもとに、 次の文章中の①, ②に入る適切な数値を, それぞれ書きなさい。 ただし, ②は,小数第3位を四捨五入して書くこと｡ヒント ししゃごにゅう 実験2で、 銅粉に結びついた酸素の質量は、 ①gである。この結びついた酸素すべてを実験1の化学 のぞ 変化を利用してとり除くためには,炭素粉末が少なくとも ②g必要であると考えられる。 <7点×5 1① ② 酸化銅と炭素粉末の混合物 銅粉 3 (2) 周囲の熱を吸収するので、周囲の温度が下がる反応です。 4 (2) c班の結果より, 4.80gの酸化銅が3.84gの銅に変化しているので, 0.36gの炭素と過不足なく結びついた酸素の質量は、 4.80-3.84 = 0.96〔g〕です。

この問題がわかりません！⑷です。

(4) 5.8gの酸化銀を加熱すると5.4gの銀が残ったので,このとき に生じた酸素の質量は, 5.8-5.4 = 0.4〔g〕 1.45gの酸化銀を 加熱したときに発生する酸素の質量は, 0.4 × 1.45 ÷ 5.8 = 0.1 [g]

物理の熱力学が全く理解出来ません 誰か解説お願いします...

講義問題 3 気体の状態変化 図1のように、水平な姿勢を保ったまま鉛直方向になめらかに動くピストンを備えたシリン ダーがあり,内部に単原子分子の理想気体がn〔mol]封入されている。ピストンの質量は M〔kg〕, ピストンの底面積はS[m²] で, シリンダーとピストンはいずれも断熱材でできていて,気体に出 入りする熱は完全に遮断されているものとする。 また,シリンダー内部には体積が無視できるほ ど小さい加熱用のヒーターが設置されている。外気の圧力をp 〔Pa〕, 気体定数を R〔J/mol・K〕, 重力加速度の大きさをg〔m/s2] として,以下の各問いに答えよ。 問1 最初,ピストンの底面がシリンダー内底面より高さ] [m] の位置で静止してつりあってい る。このときの状態を状態1とする。状態1におけるシリンダー内の気体の圧力p 〔Pa]を po, S, g, M を用いて表せ。 問2 状態1におけるシリンダー内の気体の温度T〔K〕をn, R, po, S, g, M, æ」を用い て表せ。 問3 状態1より, ヒーターを用いてシリンダー内の気体に対して Q [J] の熱量をゆっくりと与 えたところ, ピストンは徐々に上昇して, 図2に示すように高さ2 〔m〕 の位置で静止した。 このときの状態を状態2とする。 状態1から状態2へ変化する過程で, シリンダー内の気体 がピストンに対してした仕事W [J] を pi, S, m1, T2 を用いて表せ。 問5 問4 状態1から状態2へ変化する過程におけるシリンダー内の気体の内部エネルギーの変化量 AU [J] と,ヒーターによって与えられた熱量QをP, S, π1, 2 を用いてそれぞれ表せ。 その後,ピストンを動かないように固定した状態でシリンダー内の気体をゆっくりと加熱 したところ,十分時間が経過した後に, 気体の温度は状態2より AT [K] [上昇して一定温度 となった。このときの状態を状態3とする。 状態2から状態3へ変化した過程で加えた熱量 が,状態1から状態2へ変化した過程で加えた熱量と等しいとき, ATをn, R, pi, S, 1, 2 を用いて表せ。

印が着いてるとこといて欲しいです 答えは上から 6×10の23乗 1.8×10の23乗 30 12×10の23乗 の-22乗です 途中の式もお願いします

= 60 131 次の各問に答えよ。 (1) 3.2gの酸素O2は,標準状態で何Lの体積を占めるか (2) 14gの窒素N2に含まれる窒素原子Nは何個か。 (3) 3.0×1023個の硫黄原子Sは何gか。 (4) 1.2×1023個のカルシウムイオンCa²+は何gか。 9.5gの塩化マグネシウムMgCl2 に含まれる陽イオンと陰イオンの個数の総和を求めよ。 (6) 分子1個の質量が5.0×10-23gである気体の分子量はいくらか。 (7) 標準状態での密度が1.25g/Lである気体の分子量はいくらか。 (8) 1.0molの二酸化炭素CO2には、何個の酸素原子〇が含まれるか。 (9) グルコース分子C6H12O61個の質量を答えよ。 72+12+ (10) 標準状態でH2560Lの中に含まれる分子は何個か。 SA 24 + 161 98 036 72 (2 96 FL 1 = 6.0x00² =

(1)理想気体が等積過程と等圧過程で受熱した場合の温度TとエントロピーSの変化過程の違いを，同じT-S線図に示し，どの線がいずれの過程を表しているか明示しなさい。ただし，受熱前温度が同じT1で，受熱量も同じQとし，受熱後の温度とエントロピーは，どちらの過程の方が大きくなるか... 続きを読む