4 気体の状態変化 熱効率 (p.124~136)
円筒容器にピストンで単原子分子理想気体を封じ, 容器内外の圧力を1.0×10 Pa,
気体の温度を3.0×102K, 体積を 2.0 × 103m²とした。 このときの気体の状態をA
として,次の手順で気体の状態を変化させた。
過程 I
ピストンを固定したまま気体に熱量を与えたところ,気体の圧力は
01×0.1
2.2×105 Paになった状態
過程Ⅱ 次に,容器を断熱材で囲み、熱の出入りがないようにしてピストンをゆっ
くりと操作したところ,気体の圧力は1.0×105 Paにもどり,体積は
3.2×10-3m²になった(状態C)。 C
過程Ⅲ 断熱材を外し、状態Cで気体を放置したところ,気体はゆっくりと収
縮し,状態Aにもどった。
(1)過程Ⅰ→Ⅱ→Ⅲの変化を、横軸に体積V,縦軸に圧力をとったグラフに示せ。
なお,グラフには変化の向きを示す矢印を入れ,状態A~Cでの横軸と縦軸
の値を明記せよ。
代
(2)各過程での気体の内部エネルギーの変化 4U [J] 40[J], 40 m [J] を求めよ。
(3)各過程で気体がされた仕事 W [J], Wn[J], Wm[J] を求めよ。
(4)各過程で気体が外部から吸収した熱量Q [J], Qm [J], Qm [J] を求めよ。
(5)この1サイクルにおける熱効率を有効数字2桁で求めよ。
