3 大気圧をPo, 重力加速度の大きさを」とし
さて、以下の次の問いに答えよ。
図1に示すように大気中に、鉛直方向にな
止めらかに動くピストンとシリンダーからなる
容器がある。
ピストンの断面積はSであり、シリンダー
の底面とピストンは質量の無視できるばねで
つながれており、 ばねの自然の長さはLであ
る。 初めピストンは, ばねの長さが自然の長
さんになる位置にストッパーで固定されてお
り、容器内には圧力Po, 絶対温度To, 物質
ストッパー
ピストン
量 [mol] の「単原子分子の理想」気体を封入した(状態I)。
72
000000
ストリバー
n (mol)
To
容器
断面積 S
図1
容器内には温度調節器があり、内部の気体を加熱したり冷却したりできる。容器は断熱
材でできており、ばね、ストッパーおよび温度調節器の体積と熱容量は無視できるものと
する。さらに、大気の圧力は高さによらずP とする。
容器の温度調節器によって, 封入気体をゆっくり加熱したところ, 温度が2となっ
たところでピストンは上昇を始めた(状態Ⅱ)。
(1) ピストンの質量を求めよ。
(2)状態Iから状態Ⅱまでの過程で気体が吸収した熱量を求めよ。
さらに、絶対温度が4になるまで,ゆっくりと加
熱したところ,図2に示すようにばねの長さはと
なった(状態Ⅲ)。
000000
(3) ばね定数を求めよ。
(4)容器内の気体の圧力と体積の変化
(状態Ⅰ→状態Ⅱ→状態Ⅱ)の過程
5P,
を表すP-V図を描きなさい。 ただ
し、図中には 「I」, 「Ⅱ」
「目」
Po
を描き入れること。
3Po
(5) 状態Ⅱから状態の過程において、
容器内の気体が外へした仕事の大き
さを求めよ。
2.Po
Po
(6) 状態Ⅱから状態Ⅲまでの過程で容
器内の気体が吸収した熱量を求めよ。
4T,
温度
図2
SL
43
SL