気体が真空へ膨張するときなぜ仕事をしないとなるのでしょうか

図のように,栓Cが付いた細い管でつながれた二つの円筒容器 A, B がある。左の 容器 A の体積は Vo で, 右の容器 B には, なめらかに動く断面積Sのピストンが取り 付けられている。はじめ,栓Cは閉じられており,容器 A には絶対温度 To で外部と 同じ圧力 Poの気体が入っている。また, 容器Bの内部は真空であり, 体積が夢とな るようにピストンが固定されている。 ただし, 円筒容器,栓,ピストンは熱を通さ ず, 細い管の体積は無視してよいものとする。 O 0 ピストン製 S 容器 A 栓C 容器B (断面積) C Vo, To, Po Vo 1/2 真空 Poえなけれ 問1 ピストンの位置を保ったまま栓Cを開くと, 気体が容器 A, B 全体に一様に広 がった。この過程に関する記述として正しいものを二つ選べ。原千代千葉華 ① 気体は外部に対して仕事をせず, 気体の圧力は減少した。 間 Vq .> ② 気体は外部に対して仕事をせず, 気体の圧力は変化しない。 気体は外部に対して仕事をせず,気体の圧力は変化しない。標 ③ 気体は外部に対して仕事をし, 気体の圧力は減少した。 ④ 気体は外部に対して仕事をし, 気体の圧力は変化しない。 2 ⑤ 気体の温度は 1 To に下がる。 0EST @ ⑥ 気体の温度はTのまま変化しない。 3 2 ⑦ 気体の温度はTに上がる。 シリンダー ocea 083 Q 068 0

「ピストンに対して」とありますが、ピストンとは押している状態のことを言い、これはその逆、引いたことを示しているであってますか？

"ストンのついた容器内に気体が入っている。 気体を加熱し、 × 102J の熱量を与えたところ, 気体は膨張してピストンに対し か。 力学第一法則の式 「4U=Q+W」 より, 内部エネルギーの変化 1.6×102J の仕事をした。 気体の内部エネルギーの変化は何 2.4×10'J 気体に熱量を与 Qは正. 気体が膨 では負となる。

どうしてC→Bの変化は定圧なのに定圧モル比熱の5/2nRtではなく3/2nRtを使っているのですか

とき, B:3poVo=nRTB C: 3px3V=nRTc 立つか PoVo 3poVo .. TA = TB= nR nR Tc= 9poVo nR である。 問1 1 正解 ① 2 正解 ⑤ する A→Bの変化で気体の内部エネルギーの変化分△UABは、 3 AU AB = nR(TB-TA)=3pV 2 である。 定積変化であるから気体が外へした仕事 WABは、 WAB = 0 AB=0 である。 熱力学第1法則により,気体が吸収した熱QABは、 となる。 QAB=AUAB=3po Vo B→Cの変化で気体の内部エネルギーの変化分AUBcは, 2 cy となる。 W 積に等しい。 は、 曲したも BE 圧 3po p ギ AUBC = 33 nR(Tc-TB) = 9pV 問3 である。定圧変化であるから,気体が外へした仕事 Wac C→AQ BC は. A WBc = 3po (3Vo - Vo) = 6po Vo これは,図44-1の影部の面積に等しい。 熱力学第1法則 により,気体が吸収した熱 QBc は, である QcAは, QBC = AUBC + WBc=15po Vo E となる。 QcA <O 圧力 熱サイ 24-2,4 it Q.

1〜8までの解説をお願いしたいです。

問。 次の(1)~(8)を埋めよ。 1辺の長さがLの立方体容器に, 1分子の質量mの単原子分子がモル入っている。 今、図のA 壁に速度の成分がの1つの分子が完全弾性衝突をしたとすると, A 壁 は = (1)の大きさの力を受ける。この分子は1秒間にA壁とは合計 (2) 回衡 突するから, A 壁がこの1つの分子から平均として受ける力は, (3)となる。 ここで全分子にわたるの平均をとし、アボガドロ数をNとすると, A 壁が全分 子から受ける力の総和Fは(4)である。 一方,分子は x,y, 方向にランダムに運動しているので、分子の速さの2乗 (v^-)の全分 子にわたる平均値を とすると,はを用いて=(5) と書ける。よって、 気体の圧力は気体の体積V3を用いて、P= (6)と書ける。 Q..... ここで、状態方程式 PY=nRT より,分子1個のもつ平均の運動エネルギーは、 ボルツマン定数k=mを用いて と書ける。よって、この気体分子全体のもつ運動エネルギーの総和は、R.n, (7) NA Tを用いて, U= (8) と書ける。 このUを内部エネルギーという。

(１)の内部エネルギーの増加についてです。なぜ右の写真の公式は使えないんですか？😭

126定積変化,定圧変化■ 圧力 po [Pa], 温度 To [K] でn [mol]の理想気体があ る。この気体の定積モル比熱を Cv [J/ (mol・K)], 気体定数を R [J/(mol・K)] とする。 (1)この気体の体積を一定に保って, 温度を To [K] から T [K] まで上げたとき, 内部エ ネルギーの増加⊿Uは何か。 また,このときの圧力は何Paになったか。 (2) 初めの状態(po [Pa], To [K]) から, 圧力を一定に保って, 温度を To [K] からT[K] まで上げた。 このとき, 気体が外部にした仕事 W' は何Jか。 (3)(2)の状態変化に要した熱量Qは何Jか。 (4) 定圧モル比熱 C, [J/(mol・K)] を Cv, R を用いて表せ。 例題 22

次の問題で次の状態からがどの様に判断するかがよく分からないのですがどなたか解説お願いします🙇‍♂️

問題8 一定量の理想気体が,ピストンでシリンダー内に閉じ込められている。 下図のよう (2in=0 にこの気体の圧力と体積を A→B→C→D→A と変化させる。 ただし, A→Bは断熱 Wout 変化, B→Cは定圧変化, C→Dは定積変化, DAは等温変化である。 各過程において、 気体が吸収する熱量Q, 気体の内部エネルギー変化 4U, 気体が外 部へする仕事 W の値がそれぞれ 「+」, 「-」, 「0」 のいずれになるか、下表に記入せ よ。 圧力↑ A B C 体積 Gin = + Wat Q 4U W A→B 0 B→C C→D D-A - - 0 十 十 0

(6)浮力は使えないのでしょうか

124 2014 年度 物 II] つぎの文の に入れるべき数式を 図3-1のように, 大気圧P。 中に支持棒で天井に固定されたピストンに対し て,鉛直方向になめらかに動く断面積S の円筒容器が静止している。円筒容器 の中には1モルの単原子分子の理想気体 Aが閉じ込められており、その底には 質量 M の加熱器が取り付けられている。 床には底面積2S の円筒状の水槽が置 かれており、その中には密度の水が入っている。 円筒容器とピストンは断熱 材でできており,また円筒容器の壁の厚みと質量は無視できるものとする。理想 気体の気体定数を R,重力加速度の大きさをgとする。 はじめに図3-1のように,円筒容器の下面は水面からはなれた位置で静止し ている。このときのAの圧力は P1, 体積は V, 絶対温度は T, であった。 P」を (2) とな R, T,, V, で表すと (1) M をg, Po, P,, S で表すと る。 つぎに図3-2のように,Aに熱量Q をゆっくりと加えると円筒容器がんだ け降下し、その下面は水面と一致し Aの絶対温度は T2 になった。 ん を S, T.. T2, V, で表すと (3) となる。この過程でAの内部エネルギーの変化をん P1, Sで表すと (4) Aが外部にした仕事を Q で表すと (5) とな る。 さらに図3-3のように,Aに熱量Q をゆっくりと加えると円筒容器がんだ と け降下し,Aの圧力は P2, 絶対温度は T, になった。 P2 を P,, h, g, p で表す (6) となるので,この過程の圧力P を縦軸に、体積Vを横軸にとった P-V 図のグラフの傾きはg, S, p で表すと (7) となる。この過程でA 外部にした仕事をP, g, h, S, p で表すと (8) となる。

（２）で、過程IIの内部エネルギーの変化を答える問題で、自分の回答と教科書の解答が合いません。教科書には解説が載っていないのでどこが間違っているかわかりません。どなたか間違っているところを教えてください。

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。

どのように考えたら解けますか？ 答えは10でした。

次の問いに答えなさい。 理想気体に対し、 圧力を1.0×10 「Paで一定に保った状態で30Jの熱量を加えたところ、 体積が2.0×10-4m3だけ増加した。 のとき気体の内部エネルギーは( Jだけ増加する。 [2桁] 前の問題へ 閉じる > 次の問題へ

訂正 、付け足しお願いします🙏

No. Date ⑩ 物質量 原子を構成する粒子が 6.0×1023個集まったときの重さ。 ⑩ 中和反応 ⑩ アルカリ金属の特性 ・周期表第一族(水素を除く) 1個の陽イオンになりやすい。 反応性が高い。 酸から生じるイオンと塩基から生2 PH8のNaOHを100倍に希釈 じるイオンが結びつき塩を 生成し、水素イオンと水酸化物 するとPHはどれだけ下がる? インが結びついて水が生成一限りなくワに近づくが、 する反応 18 エンタルピー 物質または場の内部エネルギー (と、それが定圧下で変化した場合に ・外部に与える仕事との和 H=O+PV PHは7ェり下がることはない。 why? NaOHを100倍に希釈す ると、が増えるた め、レシャトリエの原理より OHを減らす方向に反応が 進むからの ④ 典型元素遷移元素の違い 「典型元素周期表 1-2段 13:18族に属する元素で、最外殻電 カメキッソの数と価電子の数がほぼ等しい。 Nim ⑩ エントロピ エントロピー と、 遷移元素は周期表 3-12族に 物質には自発的に反応が進む属する元素で酸化数は2や3が 性質があり、これを乱雑さという。多い。 分子が規則正しく位置し、密度 が高い状態を乱雑さが小さい といい、分子の位置や運動方向が 乱雑で、密度が低い状態を乱し 雑さが大きいという。 乱雑さの度合いをエントロピー とよぶ66