赤で線を引いたところはどのような計算をしているのですか？

66 解答 2024年度 解説 芝浦工業大 芝浦工 と表 《熱機関のサイクル》 (イ)状態方程式より PV=nRT V= nRT P となるのでこれとPV =一定の関係から とな であ W20 前期日程 物理 nRT = nとRは一定であるから 5 P-T=- PT= 求める仕事を Wi とする。 状態 I から状態Ⅱは断熱変化であるため、 理想気体に出入りする熱量は0である。また,このときの理想気体の内部 3 エネルギーの変化は、12/2nR(ToT)である。 熱力学第一法則より 3 状態Ⅰ→Ⅱ:0=- 0= nR (T-T.) + W₁ 9 Wi= -nRTo とな れま る (ハ)求める温度をT とし,状態 I, II での理想気体の圧力をそれぞれ R P2 とする。 (イ)で導いた関係式を適用すると P.T. = P(+) P=2°P J となる。 状態Ⅱから状態Ⅲにおいて, ピストンにはたらく力は常につり合 っているため、理想気体の圧力はP2で一定である。 状態方程式は 状態Ⅰ:Pi (Sh)=nRT ...... ① 状態Ⅲ:P2(Sh) =nRT ......② となり,② ① より P2 T3 P1 To P2 T3=T= P2 1 F T D とあ るス

問4について 内部エネルギーの変化量が3nR(T2-T1)になるのは分かったんですけど、その後の式変形が分かりません！

2 (配点 33点) 図1-1のように, なめらかに動く質量Mのピストンを取り付けた断面積Sの容器 が,大気圧 P の大気中に鉛直に置かれている。 ピストンには弁があり,はじめ弁は閉 じられている。また, 容器には底面から距離と31の位置にストッパーaとbがあり、 ピストンはストッパー aに接触して静止していた。ピストンと容器の底面の間には圧力 が Po,温度が To の単原子分子理想気体(以下,気体と呼ぶ) が入っており,このときの 状態を「状態0」とする。容器の底面にはヒーターがあり,気体に熱を与えることがで きる。重力加速度の大きさを! 気体定数をRとして、以下の間に答えよ。 ただし、 ピストン,容器は断熱材でできており,ヒーターの熱容量は無視できるものとする。ま た,ストッパー a, b, ヒーターの体積は無視し、ピストンの厚さは1に比べて十分に 小さいものとする。 大気圧 Po ストッパー b P.S ピストン SP 31 PIS 弁 PT.MyPos 21 ストッパーa P. No Po To Pos ヒーター 図1-1 「状態」図 1-2: 「状態」 図1-2:「状態1」 図1-3 「状態2」

1番の問題でこのように解いてはいけないのですか？ また、駄目ならその理由も教えて欲しいです

リード D 第13章気体分子の運動・気体の状態変化 127 258 気体の状態変化 単原子分子理想気体を容器の中に 封入し,圧力』と体積Vを図のA→B→C→A の順序でゆっく り変化させた。 A B は等温変化であり,その際気体は外部か ら熱量Q を吸収した。 次の量を, Do, Vo, Qのうち必要なも のを用いて表せ。 (1) A→Bの過程で気体が外部にした仕事 WAB Po C B 0 Vo (2)B→Cの過程で気体が外部にした仕事 WBC と気体が吸収した熱量QBc (3) CAの過程で気体が外部にした仕事 WcA と内部エネルギーの変化⊿UcA (4)1サイクル (A→B→C→A) の熱効率e 3V V 例題 48,261,262,263 応用問題 物

（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

物理基礎です。 熱力学第一法則の問題です。

(4) 気体に75Jの熱量を加えたところ、 気体の内部 エネルギーは45J増加した。 気体は仕事をしたか されたか。 また. その仕事は何Jか。

(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

熱力学の問題です。 q3の熱の符号の付け方が理解できません。仕事になぜ絶対値をつけるのでしょうここでのQが発熱反応であると図示されているからでしょうか？ご教示いただきたいです。

Q2の組合せとして最も妥当なのはどれか。 No.2 図のように, 一定量の理想気体を変化させるとき, AQ=Qi-Q3および ただし、図の斜線部の面積をSとする。 また, 定積加熱過程 (状態 A→B) におい て気体が受け取る熱量を Q1, 等温膨張過程 (状態B→C) において気体が受け取る 熱量をQ2, 定圧放熱過程 (状態C→A) において気体が放出する熱量を Q3 とする。 圧力 2p B To 2 Q2 A→B 定積加熱(W= BC 等温膨張 (AV CA定圧放熱 A V Q3 C 2V 体積 AQ Q2 1 -pV S 2-pV S+pV 3 -2pV S-pV 4 -2pV S 5 -2pV S+pV

写真の問題を教えてください🙇🏻‍♂️

熱力学第一法則 1. 断面積 100 cm²の容器の中で化学反応が起こるとする。反応の結果、ピストンが1.00 am の外圧に 抗して 10.0cm 押し出された。 この過程の仕事 Wを計算せよ。 金 球から水にエネルギ が 2.メタン (分子量 16.04) の試料 4.50gが310Kで12.7Lを占めている。 (a) 0.20 atm の外圧によって, 体積が3.30Lだけ等温的に膨張するときに行われる仕事wを計算せよ。 体として (b) 同じ膨張が可逆的に行われたとしたら、その仕事 Wはいくらか。 (可逆的より理想気体として求 める)(0.01

オ、が分かりません。詳しい解説をお願いします。

図1のように、理想気体が入った容器 A と容器Bがあり, コックの付 2 いた容積の無視できる管でつながっている。 容器Aの容積は Vo で一 定であるが, 容器Bには滑らかに動く軽いピストンが付いていて容積が変 化するようになっている。 ピストンには常に一定の大気圧 Poがかかって いる。容器Aと容器 B, コック, 管, ピストンはすべて断熱材でできてい る。また, 容器Bには気体を加熱および冷却できる温度調節器が取り付け られていて,気体の温度調節が可能である。 温度調節器の体積と熱容量は 無視できるものとする。 次の文章中の空欄 ア~オ に入る適切な数式を記せ。 はじめ、コックは開いていて, 容器A内と容器B内の気体はともに圧力 Po, 温度 To, 体積 Vo の状態にあった。 その後, 過程 ①~③のように容器内の気体の状態を変化させた。 過程 ① まず, コックを開けたまま気体をゆっくりと加熱した。 これにより、温度調節器から気体へ熱量Q 容積 Vo 容器A 大気圧 Po |!! コック 温度調節器 emm オ:Q 容器B が与えられ, 容器A内と容器B内の気体の温度はともに 2T になった。 加熱後の容器B内の気体の体積は [ア] である。また、この過程で容器内の気体が外部にした仕事はイであり、容器A内と容器B内 の気体の内部エネルギーは,あわせてゥだけ増加した。 過程 ② 次に、コックを閉じ、 容器B内の気体だけをゆっくりと冷却し、体積をV にした。 冷却後の容器B 内の気体の温度はエである。 過程 ③ 次に、再びコックを開いた。 温度調節器を作動させずにしばらく待つと、容器A内と容器B内の気 体の温度はともに To になった。 この過程でピストンの位置は変化しなかった。このことから, 過程 ② で 気体から温度調節器へ放出された熱量はオであることが分かる。 7: 300 イ: 2Povo 7: Q-2P₂ Vo I: 3 To