物理の問題です。 写真の問題が全く分かりません。 ボイル・シャルルの法則を使うんですか？ 解説よろし

物理の問題です。

写真の問題が全く分かりません。

ボイル・シャルルの法則を使うんですか？

解説よろしくお願い致します。

No.4 回答者： yhr2 回答日時： 2023/06/06 21:21

＞ボイル・シャルルの法則を使うんですか？

そういうことですが、それを式にした「気体の状態方程式」というのがあるので、それを使います。
　PV = nRT　　　　　　①
というやつ。

シリンダーの中に気体を閉じ込めて中の気体の量は増減しないので①の「n：物質量」は一定であり、また単位を統一して使えば「R：気体定数」は不変です。

初期状態では
T0 = 300 [K] ← 27℃ を「絶対温度」に変換
P0 = 1.0 × 10^5 [Pa]
です。

(1) シリンダーを立てれば、シリンダー内の気体には「ピストンの重力」が加わります。
その圧力は、断面積で割って
　Pp = 10[kg] × 9.8[m/s^2] / (4.9 × 10^(-3) [m^2])
　　= 98[N] / (4.9 × 10^(-3) [m^2])
　　= 2.0 × 10^4 [N/m^2]
　　= 2.0 × 10^4 [Pa]
従って、シリンダー内の気圧は、これに「大気圧」を加えた圧力でつり合う。その圧力は
　P1 = P0 + Pp = 1.2 × 10^5 [Pa]

初期状態と温度は変わらないので、変化するのは「圧力」と「体積」で
　P0･V0 = P1･V1 = nR･T0
である。従って
　V1/V0 = P0/P1 = 1.0 × 10^5 [Pa] / (1.2 × 10^5 [Pa]) = 5/6

断面積が同じなので、体積比はそのまま「シリンダーの底からピストンまdの距離」の比になる。

従って、
　L1/L = 5/6
→　L1 = (5/6)L = (5/6) × 0.24 = 0.20 [m]

(2) 今度は温度を変化させる。
　P1･V1 = nR･T0　　　　②
から
　P1･V0 = nR･T2　　　　③
にする。
ここで、
　P1 = 1.2 × 10^5 [Pa]
　V1 = (5/6)V0
なので、③ ÷ ② を求めれば
　T2/T0 = V0/V1 = 6/5
よって、T=300[K] なので
　T2 = 300 × (6/5) = 360 [K] = 87 [℃]

(3) これは (1) の応用問題。
せめてこれぐらいは自分でやってみて。
答え合わせはしてあげるから。

No.3 回答者： mabuterol 回答日時： 2023/06/06 21:05

(1) くらい解けるでしょ？　圧力の定義わかる？　力を面積で割るんだよ？

No.2 回答者： mimon01 回答日時： 2023/06/06 20:57

ボイル・シャルルの法則よりも、理想気体の状態方程式を使った方が簡単に解けます。

No.1 回答者： poti777 回答日時： 2023/06/06 20:45

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