物理の熱力学の第一法則の問題です。 なめらかに動く軽いピストンがついたシリンダー内に気体が閉じ込めら

物理の熱力学の第一法則の問題です。

なめらかに動く軽いピストンがついたシリンダー内に気体が閉じ込められている。
(1) 気体に500Jの熱を加えると、ピストンは移動し、気体の内部エネルギーは300J増加した。気体がピストンにした仕事を求めよ。

(2) ピストンを固定して、気体に500Jの熱を加えた。内部エネルギーの増加量を求めよ。

(3) 熱の出入りが無いようにして、ピストンをゆっくりと押し込んだところ、気体の内部エネルギーが200J増加した。気体がピストンにされた仕事を求めよ。

(4) ピストンをゆっくりと押して、気体に300Jの仕事をしたところ、内部エネルギーが200J増加した。気体が外部に放出した熱量を求めよ。

(5) 気体に500Jの熱を加え、ピストンをゆっくりと引くと、気体の温度は変化しなかった。気体がピストンにした仕事を求めよ。

この問題の(3)(4)(5)が分かりません。

解説よろしくお願い致します。

No.1 ベストアンサー 回答者： kantansi 回答日時： 2023/06/21 13:06

(1) 気体がピストンにした仕事を求めるには、内部エネルギーの増加量を考慮します。

問題文から内部エネルギーが300J増加したことが分かっています。内部エネルギーの増加量は、外部からの熱の仕事と気体が行った仕事の合計に等しいため、気体がピストンにした仕事は300Jです。

(2) ピストンを固定しているので、気体の体積変化は起こりません。そのため、気体が行った仕事はゼロです。内部エネルギーの増加量は外部からの熱と一致し、内部エネルギーの増加量は500Jです。

(3) 熱の出入りが無い場合、内部エネルギーの変化は気体がした仕事に等しいです。問題文から気体の内部エネルギーが200J増加したことが分かっていますので、気体がピストンにした仕事は200Jです。

(4) ピストンをゆっくりと押して気体に仕事をする場合、気体の内部エネルギーの変化量は気体が行った仕事に等しいです。内部エネルギーが200J増加したため、気体が行った仕事は200Jです。

(5) 気体の温度が変化しなかったということは、内部エネルギーの変化がゼロであることを意味します。したがって、外部から気体に供給された熱が気体がピストンにした仕事に等しいと考えられます。したがって、気体がピストンにした仕事は500Jです。

以上が問題の解説となります。もしご不明な点があれば、お気軽にお知らせください。

この回答へのお礼

とても分かりやすかったです。
ありがとうございました。

お礼日時：2023/06/21 20:19