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物理 高校生

熱力学です STEP3でQinがn(Cv+R)(T2-T1)となってますが、どうやってこれ出してますか??

出題パターン 38 定積モル比熱と定圧モル比熱 ピストンつきの容器内に、 モルの理想気体が, 体積 V1. 温度Tで閉じ こめられている。 大気圧はp, 気体定数は R, 定積モル比熱をCとする ピストンを自由に動けるようにして、熱を与えて温度を T2 にした。この とき, 内部エネルギーの変化 4U, 気体が外部にした仕事 Wout 気体に加 えた熱 Qin はいくらか。 また、 以上の結果から, 気体の定積モル比熱 Cr と 定圧モル比熱Cの間にはどのような関係があるか。 解答のポイント! 定圧変化であっても 4UCn4T の形となることに注意。 解法 熱力学の解法3ステップで解く。 STEP1 変化の前後でのか,V,n,Tを 図示する。 ここでピストンは自由に動けるので、 ピストン内の気体の圧力は大気圧とつりあって いて、いつもp となる。 このように、大気圧, 重力などの一定の力を受け自由に動けるピスト 前 p V₁ 大気圧 nTi D V2 大気 nT2 図 11-4 ンでは、必ず定圧変化になるのだ。 また後の圧力は最 体積を V2 (未知数) とおくと, 前:pV=RT ... ① 前 圧 Wout 後:pV2=nRT2 ... ② STEP2 Vグラフは図11-5のようにな る。 色のついた部分の面積が外へした仕事 Wout になる。 0 V₁ V2 体積V 図11-5 STEP3 熱力学第1法則を表 (表中) にまとめると, Qin 4U + Wout n(Cy+R) (T2-T) Crn (T2-T)p (V2-V)=nR(T2-T) (1 ②より) また,定圧モル比熱 C, は, 圧力一定で1モルの気体を1K上昇させるのに要する熱 であるので,Qmmでn=1 [mol], T2-T, = 1 [K] としたものに等しく =1x (C+R)×1= [Cy+R この式は理想気体であれば必ず成立するので、 この例題とともに覚えておこう。 STAGE 11 気体の熱力学 125

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物理 高校生

物理基礎、熱の問題です。 この問題の解答なのですが、(2)と(3)で有効数字が違うように思います。私なりに考えたのですがよくわかりません。ここで有効数字がそれぞれ違う理由と詳しい説明をいただけたらありがたいです。

右図は, -20℃の氷にゆっくりと熱を加えた ときの温度上昇の様子を表している。 水の比熱を 4.2J/(g・K) とする。 (1) グラフが横軸に平行になっている部分では, 熱を与え続けているのに温度上昇が見られない。 その理由を答えよ。 (2) この氷の質量は何gか。 (3) この氷の比熱は何J/(g・K) か。 また, この氷の融解熱は何J/g か。 (4) この氷がすべて 50℃の水になったときに熱を加えるのをやめた。 その水と 70℃の水 300gとを混合した。 全体の温度が一様になったとき 水の温度は何℃ 解説を見る この氷が融けてすべて水に なったときも質量はm 〔g〕のま まである。 ●センサー 30 比熱c[J/(g・K)〕 や熱容量 C[J/K] を用いた熱量Q [J] の表し方 Q=mcAT Q=CAT センサー 31 融解熱または蒸発熱 L [J/g] を用いた熱量 Q[J] の表し方 Q=mL 温度 30 (°C) o -20 04.2 37.8 50.4 熱量 ×10°〔J〕 解答 (1) 熱が0℃の氷 (固体) から 0℃の水(液体) へ状態を変 化させるために使われるので温度が上昇しない。 (2) 氷の質量をm〔g〕 とする。 水が温度上昇している部分に注 目すると Q=mcAT より. (50.4-37.8) ×10°=m×4.2x (30-0) したがって, m=100〔g〕 (3) 氷の比熱をc[J/(gK)〕 とすると,Q=mcAT より. (4.2-0) x 10³ = 100 xcx 10-(-20)} 分に注目すると,Q=mLより (37.8-4.2)x 10°= 100 × L したがって, L=336≒ 3.4×10²〔J/g] したがって, c = 2.1 [J/(g・K)〕 また、氷の融解熱をL[J/g] とする。 氷が融解している部

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