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1* なめらかに動く質量 M 〔kg〕のピストン
を備えた断面積S 〔m〕の容器がある。こ
れらは断熱材で作られていて,ヒーターに
電流を流すことにより, 容器内の気体を加
熱することができる。 ヒーターの体積,熱
容量は小さく,無視できる。 容器は鉛直に
保たれていて,内部には単原子分子の理想
気体がn [mol] 入っている。 気体定数をR
[J/mol・K〕, 大気圧を Po〔N/m²〕, 重力加
速度をg 〔m/s2〕とする。
ピストン
HP
図1
図2
(1) 最初, ヒーターに電流を流さない状態では,図1のように, ピスト
ンの下面は容器の底から距離 [m] の位置にあった。 このときの気体
の温度はどれだけか。
(2)次に,ヒーターで加熱したら,ピストンは最初の位置より 12/27 上昇
した。 気体の温度は(1)の何倍になっているか。 また, ヒーターで発生
したジュール熱はどれだけか。
(1)の状態で,容器の上下を反対にして鉛直にし、気体の温度を(1)の
温度と同じに保ったら、 図2のように, ピストンの上面は容器の底か
41の位置で静止した。ピストンの質量 M を他の量で表せ。
(4)この状態で,ヒーターにより, (2) におけるジュール熱の1だけの
熱を加えたら、ピストンの上面は容器の底からどれだけの距離のとこ
ろで静止するか。
0168-A
(名城大)
