図のように、ピストンをはめた2個の円筒容器が細い管でつながれ, 鉛直に立
てられている。左側の容器は, 断面積が S」 であり、ピストンの質量は M, であ
る。右側の容器は, 断面積が S2であり,ピストンの質量は M2である。右側の
容器の底には弁が付けてあり,そこから容器内に水または気体を導入できる。左
側の容器の底近くにはヒーターが取り付けてあり,2個の容器内部全体を加熱で
きる。この装置に使われている材料は, すべて, 無視できる熱容量を持ち, ま
た,熱を通さない。重力の加速度の大きいをg,気体定数をR, 大気の圧力を
poとして答えよ。
はじめに,2個の容器を水で満たした。すると,図(a)に示すように, 左右のピ
ストンは,それぞれ底から高さ h」およびh,の位置で静止して, h」<haとなっ
た。このとき, 左側のピストンが水から受ける圧力は
ア
である。そし
て、M」とM:の間には, イという関係がある。
次に,水を容器内から排出して, 右側のピストンの上に質量Mのおもりを
乗せ,容器内をnモルの単原子分子理想気体で満たした (図 b))。すると,2つ
のピストンは底から等しい高さhのところに静止した。このときの気体の温度
はTであった。2個の容器をつなぐ細管や弁につながる細管の体積を無視す
ると,h=
ウ
である。また,右側のピストンに乗せたおもりの質量は
M =
エ
である。ここで,ヒーターに電流を流して,気体をゆっくりと
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その結里
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