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物理 大学生・専門学校生・社会人

問1で間違えたのですが、図1における理想気体の温度を出すのに、内部の圧力(P1と置きました)を求めなきゃいけません。自分は、力のつりあいの式として、「P1S=P・2S」よりP1=2P としてしまいましたが、解答では「液面の高さが等しいので、この気体の圧力は大気圧に等しくPで... 続きを読む

II 図1のように、液体が入っているシリンダーAとシリンダーBがあり,水平管 で連結されている。これらのシリンダーには、 それぞれ断面積 Sm?]のピストン A と断面積2S[m?)のピストンBが取り付けられている。これらのピストンの厚 みと質量は無視でき, シリンダー内を滑らかに上下運動できるものとする。ピスト ンAの上部の空間に x[mol] の単原子分子理想気体が閉じ込められている。理想気 体は図1のように加熱 冷却器による加熱と冷却が可能であり, それ以外の熱の出 入りはないものとする。一方、 ピストンBの上部は圧力 P[Pa]の大気圧である。 ここで、気体定数をR[J/(mol·K)], 理想気体の比熱比をY, 液体の密度を p (kg/m°),重力加速度の大きさを g[m/s°]とする。理想気体の温度と圧力はピス トンAの上部の空間の内部で均ーとし, 液体の密度は常に一定とする。また,加 熱·冷却器の体積と熱容量は無視できるものとする。 以下の問いに答えよ。なお, 解答は問題文で示されている記号のみを用いて行うこと。 問 1. 図1のように, 加熱 冷却器による加熱を行う前の初期状態では,ピストン AとピストンBの高さは等しく, ピストンAの上部の空間の高さはL[m] で あった。 (1) このときの理想気体の温度を求めよ。

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明治大学理工学部2007の物理大門Cです イの答えが理解できません。解説していただきたいです。

図のように、ビストンをはめた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 S, であり、 ピストンの質量は M。 である。 右側の 容器の底には弁が付けてあり、 そに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la)に示すように、左右のビ ストンは、 それぞれ底から高さh」およびょの位置で静止して、 h」 くh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, 右側のビストンの上に質量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 m熱た その結里 何体の祖 け ATt

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なぜ右の問題では熱量保存則が成り立つのに、 左の問題ではマーカー部の式が成り立たないのでしょうか

チェック問題 2 融解熱 標準7分 水の比熱を4.2J/(g·K), 氷の融解熱(1g融かすのに要する 熱)を336J/gとする。また容器の熱容量は無視できるものとする。 (1) 温度80℃のお湯に温度20℃の水を加えて, 30℃の水6.0Lを つくるには,それぞれの温度の水を何Lずつ混ぜればよいか。 (2)(1)でできた水に0℃の氷を入れたら,20℃になった。氷の 質量は何kgあったか。 解説 (1)(比熱の解法》(p.249)で解く。 図aのように、質量 m,[g], m,[g]を仮定し, 「温度図」 をつくる。 容器の熱容量は無視するので, 容器の熱の出入りは考えてはいけないよ。 吸収熱,放出熱は、 Qm=4.2×m,× (30-20) Qout=4.2×m,× (80-30) 「混合系」なので, Qm=Qoutより. 4.2×m,×10=4.2×m;×50 一方,m,+m,=6000gと合わせて. m,=5000g=5.0kg. m;=1000g==1.0kg よって,20℃の水は5.0L, 80℃の水は1.0L 図bのように、質量 m[g]の氷は,まずア溶ける。次に. ① 20℃まで上昇する。もちろん容器の熱の出入りは無視できる。 Step2 氷が得た熱の和は, Step1 Step2 80℃水m. [g) S Qo。 Step3 -30℃ in 20℃ 水m, [g) Qm 図a 答 (2) Step1 30℃ 水6000g Q=336×m+4.2×m×20 2out -20℃ 氷が溶けたら 水の比熱になるので 1g溶かす熱 0℃水m[g]水 水が失った熱は、 Qout=4.2×6000×(30-20) 「混合系」でQm=Qout 図b Step3 より、 336×m+4.2×m×20=4.2×6000×10 よって, m=600g=0.60kg… 252 物理基礎の熱力学

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至急お願いします 本当にお願いします

[軸 [1・芋選択者用問題】(配京 33点) ゞざのシと ンダーと浴らかに動くピストンによって, 1 モルの単原子分子理想 気体(以下, 気体とよぶ)を閉じ込めておく。シリンダーの中にはヒーターHがあり, 遠隔操作できるようになっている。シリンダーとビストンは断熱材でつく ちれており, た, シリンダーの厚さおよびヒーター 耳の体積 重き, 熱容量は無視する。大気圧 を 記、重力加速度の大きるを の, 気体定数を 尽 として, 以下の〔I), 【) の問に答え よ。 シリンター 図1 【1) 茹1のように, シリンダーの底面を水平を床上に置き、シリングーとビストンを 鉛直に立てたとき、ビストンの上面と水平な天井との距離は たであり9, ビストン の下面とシリンダーの識面との距離も / であった。このとき, 気体の圧力は2肪 絶対温度は 7。 であった。この状趣を状態1 とよぶ。 関1 ビストンの質量を Sg を用いて求めよ。 -問4 2を R、S, た。尺を用いて求めよ。 ヒーター耳をしばらくの間作動きせたところ, ビストンはゆってりと上昇し、ビ ストンの上面が天井た挟する直前で止まった。との状態を状態2 とよぶ。 間3 状態2における気体の圧力 肪 を 肪を用いて求めよ。また, 状態2における気 体の絶対温度 7? を 7。 を用いて求めよ。 間4 状下1から状態2への変化において, 気体の内部エネルギーの変化 4 とと ーター HHから生した熱量 の,。 をそれぞれ 双。 76 を用ぃて求めよ。 さらにヒーター是をしばらくの間作動きさせ @, と同じだけの熱量を気体に加え た。 その壮果, 気体の状態は状態 3 となった。 問$ 状態3における気体の絶対温度 7。 を 76 を用いて求めよ。また, 状態3 ける気体の圧力 用 を 用 を用いて求めよ。 5 (TI) 図2のように, シリンダーを液体の中に鉛直に入れたとこ から測った溢面の高きがんとなり, ビストンの上面と天寿と た。 このとき, 気体の状表は状態 1 と同じであっ

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