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理科 中学生

ここの乾燥断熱減率のところの周りの空気に対して〜熱エネルギーが減少し、のところと湿潤断熱減率のところの説明の意味がよくわからなくて、誰かどちらかでもいいので教えてくださるとありがたいです。 明日テストなのでお願いします。

[断熱変化における温度減率) 大気中を空気塊が上昇すると、周囲の気圧が低下する。実際にはエマグラムを用いた解析を行うことが多い。 乾燥断熱減率:このとき, 空気塊は断熱膨張するので,周りの空気に対して仕事をした分だけ熱エネルギーが減少し、空気塊の温度 は低下する。逆に、空気塊が下降すると断熱圧縮されるので、温度は上昇する。飽和に達していない空気塊が断熱 的に上昇するときの温度低下の割合を乾燥断熱減率という。現実の大気においては, 乾燥大気では100 mにつき 約 1.0℃減少する。 湿潤断熱減率:飽和に達していない空気塊を断熱的に持ち上げると,乾燥断熱減率にしたがって温度が低下していくので, ある高度 で飽和に達し、水蒸気の凝結が始まる。このときの高度を凝結高度という。空気塊がさらに上昇を続けると,水蒸 気が凝結するときに凝結熱が放出されて空気塊が暖められるので,温度の低下の割合は乾燥断熱減率よりも小さ Sdくなる。このときの温度低下の割合を湿潤断熱減率という。比較的高温な環境では,湿潤断熱減率は100mにつき 約0.5°℃減少する割合である。低温になると空気中に含まれる水蒸気の量が減少し、潜熱の放出による加熱の効 果も小さくなるため、乾燥断熱減率に近くなる。 温度減率(気温減率):実際の大気において,高度による温度低下の割合。 温度減率が断熱減率よりも大きい場合,大気の状態は不安定であり, 雲が発達しやすい。 高度による温度低下の割合が断熱減率よりも小さい場合には,大気の状態は安定である。大気の温度減率が湿潤断熱減率よりも 小さい場合には、未飽和の空気塊に対しても飽和空気塊に対しても大気の状態は安定である。このような状態を絶対安定という。 温度減率が乾燥断熱減率よりも大きい場合には,空気塊が未飽和であっても飽和であっても,大気の状態は不安定である。この 状態を絶対不安定という。また, 大気の温度減率が湿潤断熱減率よりも大きく乾燥断熱減率よりも小さい場合は,未飽和の空気塊 に対しては安定であるが、飽和空気塊に対しては不安定である。これを条件つき不安定という。 実際の大気の温度減率は状況によって異なるが,典型的には下層の大気では100 mにつき約 0.6℃である。対流圏(高度約 11 km まで)の大気は条件つき不安定であることが多い。天気予報で「上空に寒気が入って大気の状態が不安定になるでしょう」と言う ことがあるが,以上で説明したような大気の安定度の変化を指していることが多い。 の絶対安定 の絶対不安定 の条件つき不安定 絶対安定 湿 30018.8- 16.4-17.0 18.5-17.9- 18.5- 条件つき不安定\潤 断 20019.2- 17.6 (8.0 19.0-H8.6- 19.0 乾燥断熱減率 10019.6--19.0-- 19.5- 18.8--19,0 19.5- |19.3--190--19,5 - 4 } 020.0-200 20:0- |20.0--200 20,0- |20.0-20,0--20:0 絶対不安定 気温 乾燥空気塊 飽和空気塊 数字は気温(C) 図 気温と高度の温度減率の関係 図注目空気塊の安定性の議論 100mにつき 0.5°℃温度低下 =湿潤断熱減率 凝結 凝結高度 100mにつき 1.0°℃温度低下 =乾燥断熱減率 空気塊 温度 図注目空気塊の上昇と温度減率の関係(エマグラム) 高度(m)W 高度 一 高度

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物理 高校生

物理の熱力学の問題です。 分かる範囲で良いので教えて下さい🙇

(月) 間4 過程Vでは、まず加熱装躍で気体に熱を加えながら温度が一定になるようにピストンを ゆっくり動かして状態Aから状態E(圧力p(ただし、か> p). 体積V,,温度 T)まで変 化させ、その後ピストンを固定して冷却装置により気体が熱を放出することにより状能E |3| 図1のようになめらかに勤くビストンがついたシリンダーに1モルの理想気体が入っている。 このシリンダーとビストンは断熱材でできており,シリンダー内には加熱·冷却装置が取り付け られている。この装置でシリンダー内の気体を加熱することにより気体は熱を吸収し,この装置 で気体を冷却することにより気体は熱を放出することができる。理想気体の内部エネルギーはそ の体積に依存せず、気体分子の数と絶対温度Tのみで決まる。この理想気体の定積モル比熱 Cy や定圧モル比熱 C,は,この問題で考える温度範囲では温度によらず一定である。気体の圧力p から状態Cまで変化(定積変化)させる。 (1) 過程Vを表す曲線の概略をャ-V図に描け。 (2) 過程V全体で気体が吸収する正味の熱量をQw とする。上記の4個の過程で気体が吸収 と体積Vの関係を表した図2ゆーV図)を参照して、以下の間いに答えよ。ただし,気休定数は する正味の熱量(Q, Q, Qu. Qw)の大小関係を不等式で表せ。また。その求め方を説 Rとする。配点 30 %) 明せよ。 問1 加熱·冷却装置を動作させずに、状態A(圧力p.体積V,温度T)からビストンを シリンダー ゆっくり動かして気体の体積を増加させると、気体の圧力は単調に減少して状態C(圧力 p。体積『2(ただし、V;くVa),温度 T)に達する。この変化を過程1とする。この過程 Iは断熱変化であるため,気体が吸収する熱量Q:は0になる。この過程1で気体が外部に ービストン する仕事所を求めよ。 理想気体 状態Aから状態Cに達する過程として、過程I以外に3通りの過程を考察する。 加熱·冷却装置 問2 まず過程Iについて考える。 程Iでは,始めに加熱装置で気休に熱を加えながら圧力を 図」 一定に保ちつつビストンをゆっくり動かして状態Aから状態B(圧力か,体積V2. 温度 T)まで変化させ. その後ビストンを固定して冷却装置により気体が熱を放出することによ り状態Bから状態Cまで変化(定積変化) させる。 p. A(T=TA)1 B(T=T。) p」 (1) 状態Aから状態 Bまで変化したときの気体の内部エネルギー変化 AUanを Crを用いて 表せ。 (2) AUAn を熱力学第1法則を用いて求め, Co. pu Th, Tu, Vi, Vaを用いて表せ。 1 (3) CrとC, の間には, C, - Cy=DRの関係がある。 (1)と(2)の結果を用いてこの関係を求 めることができる。 その求め方を示せ。 4) 過程Ⅱ全体で気体が吸収する正味の熱量(気体が吸収する熱量から, 放出する熱量を引 ID(T=To) |C(T=T) いたもの)をQ とする。 Q」 を Cr. R, Ta, TB, Teを用いて表せ。 1I 0 V」 V。 間3 過程山では, まずビストンを固定して冷却装置により気体が熱を放出することにより状態 図2 Aから状態D(圧力p. 体積V. 温度Tp)まで変化(定積変化) させ, その後加熱装置で気 体に熱を加えながら圧力を一定に保ちつつピストンをゆっくり動かして状態Dから状態C まで変化させる。過程Ⅱ全体で気体が吸収する正味の熱量をQ日 とする。このQe とQaの 大小関係を不等式で表せ。 ○M16(587-95)

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物理 高校生

(1)がわかりません。答はv/Uになります。

2021H3 F選択物理演習 [A] B 86 断面積Sの長いパイプの左端 O。にピストンがはめ込まれ, 右端 は大気中に開放されている。パイプおよびピストンは断熱材ででOla) きている。ピストンを速さいで右へ動かすと, 少しずつ遅れながら次々 と右側の空気が押されて速さゅで右へ動き始める。動いている空気といり 静止している空気との境界面の移動する速さをUとする。 ピストンを動かし始めてから時間t経過後には, 境界面はB点まで 到達している。図 (a) は初期の,また図 (b) は時間t,(t,<t)経過後の,さらに図 (c)は時間も経過後の,そ れぞれの時刻におけるピストンの位置 O。→0,→0と境界面の位置 O。→B,→B とを示している。 はじめO,点からaの距離にあった A。点の空気は時間も経過後には A 点に移動している。その移動距離 は A=| (1) ]A,B である。これは OB 内の空気が一様に圧縮されていることを意味している。この過程 を断熱圧縮とみなそう。 そのとき, yを定数, また空気を理想気体として, Q A。 O Bi t(c) A B (O,B内の空気の圧力)× (0,B 間の体積)"=(OB 内の空気の圧力) × (OB 間の体積)? なる関係が成り立つ。ここでは, U>uである場合を考えよう。この場合, 大気圧を Po, OB 内の空気の圧力 をpとすると,OB 内の空気の圧力は下に与えられた近似式を用いれば, p=[ (2) 密度をdとすれば,時間tの間にパイプ内の空気が得た運動量は右向きに[ (3) 与えられた力積は右向きに(4) である。これらのことから, 境界面の移動の速さU= (5) たがって, 0℃, 1気圧の空気の場合, 境界面の移動する速さはU。= (6)] [m/s] である。さらに, 気温が 0℃からわずかに変化してT{C]になったときの速さは下記の近似式を用いれば, U=U,+ で表すことができる。 以上の問題において, (1)~(5) には式を, また (6) および (7) には数値をそれぞれ記せ。 なお,近似計算を行う際には, 微小なyに対する近似式: (1+y)*= 1+ayを用いよ。また, 数値計算に は,0℃, 1気圧の空気の密度: 1.29 kg/m", y=1.40, 1気圧 =D1.01× 10° N/m°, 0℃=273 K を用いよ。 となる。また,大気の である。さらに,その間に を得る。し (7]T [m/s に [大阪府大 2001]

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物理 高校生

写真の中の(4)がわかりません。ちなみにこの問題の答えは(p -p 0)S tです。

2021H3 F選択物理演習[A] 86 断面積Sの長いパイプの左端O。にピストンがはめ込まれ, 右端 は大気中に開放されている。バイプおよびピストンは断熱材でで O(a)| きている。ビストンを速さで右へ動かすと, 少しずつ遅れながら次々 と右側の空気が押されて速さで右へ動き始める。動いている空気といい。 静止している空気との境界面の移動する速さをUとする。 ピストンを動かし始めてから時間t経過後には, 境界面はB点まで 到達している。図 (a) は初期の,また図 (b) は時間t(t,くt)経過後の,さらに図 (c) は時間t経過後の,そ れぞれの時刻におけるピストンの位置 O。→0,→0と境界面の位置 O。→B,→Bとを示している。 はじめO。点から:の距離にあった A。点の空気は時間も経過後にはA点に移動している。その移動距離 は A=| (1) を断熱圧縮とみなそう。 そのとき, ッを定数, また空気を理想気体として, A。 B O」 Bi t(c). A B A。B である。これは OB 内の空気が一様に圧縮されていることを意味している。この過程 (O,B内の空気の圧力)× (O,B 間の体積)"3 (OB 内の空気の圧力) × (OB 間の体積) なる関係が成り立つ。ここでは, U>uである場合を考えよう。この場合, 大気圧を P, OB内の空気の圧力 をpとすると,OB 内の空気の圧力は下に与えられた近似式を用いれば, p= 密度をdとすれば, 時間tの間にパイプ内の空気が得た運動量は右向きに(3)]である。さらに,その間に 与えられた力積は右向きに(4) たがって, 0℃, 1気圧の空気の場合,境界面の移動する速さはU=[ (6)] [m/s]である。さらに,気温が 0℃からわずかに変化してT {℃]になったときの速さは下記の近似式を用いれば, U=U,+ (7)]T (m/s) で表すことができる。 以上の問題において,(1)~(5) には式を,また (6) および (7) には数値をそれぞれ記せ。 なお,近似計算を行う際には, 微小なy に対する近似式: (1+y)"= 1+ayを用いよ。 また, 数値計算に は,0℃, 1気圧の空気の密度:1.29 kg/m°, =D1.40, 1気圧=1.01×10° N/m?, 0℃=273 Kを用いよ。 (] となる。また, 大気の である。これらのことから, 境界面の移動の速さU=[ (5) を得る。し

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