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