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熱
pooooood 50 熱力学
滑らかに動くピストンを備えた断面積 S
[m2], 全長 1m] のシリンダーがある。ピスト
ンの質量は @kg], 厚さは 1L [m] である。
リンダーの底にヒーターが取り付けてあり、
定の電流を流すことによりA室の気体を加熱す
ることができる。 ピストンとシリンダーは断熱
材でできている。シリンダーは鉛直に保たれて
いて, A室には単原子分子の理想気体が1mol
入っている。 気体定数を RJ/mol・K〕,大気圧
を Po〔Pa〕,重力加速度をg_0m/s?]
けを用い, 工以下は数値で答えよ。
M(FI)
·S[+]
A 室
ヒーター
L
Level
Point
エ
オ
ピ
と
ジュー
(N2))
カ
LEC
図 1
アビ
とする。ア〜ウには以上の文字だ
であった。 気体の温度はT=ア
ヒーターにも[s]間電流を流したところ、ピストンは1/21L[m] 上
昇した。 ヒーターが発生したジュール熱は Q=イ [J]である。
また、この間に気体がした仕事は ウ [J]である。
最初、シリンダーの底からピストンの下面までの高さは1/2/2L[m]
[K] である。
イ
I
シリンダーの上下を逆転し、気体の温度を
To〔K] にしたところ, 図2のように,ピスト
2
ンの上面はシリンダーの上底から / L[m] の
位置で静止した。 ピストンの質量はM= A&
PoS
〔kg〕 であることがわかる。
3
A室
4Xの状態でヒーターに 1/2 t〔s] 間電流を流
ウ
23
した。 ピストンの上面はシリンダーの上底か
らし オ・L〔m〕の所に静止した。
ピストン
(5) さらに、ヒーター 2/23h [s]間電流を流し
図2
体の温度はT=カ To 〔K] となった。
た。 その途中でピストンはシリンダーの下底に達し、最終的には気
(立教大)
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