電子書籍ギフト♪ 最大10,000円が当たる!

真空中へ気体を断熱的に放出した(これを断熱自由膨張という)とき、気体が外界に対してなす仕事及び内部エネルギー変化を求めよ。

という問題が分かりません。どのように考えて式を選べばよいのですか。よろしくお願いします。

質問者からの補足コメント

  • また、カルノーサイクルの4つの可逆過程でそれぞれ利用する式は暗記するべきですか?

      補足日時:2016/10/23 08:57
  • 真空中では圧力=0として考えるのですか?

      補足日時:2016/10/23 18:00
教えて!goo グレード

A 回答 (3件)

圧力は分子が運動していることで発生しますので、分子がいない真空では、圧力がゼロです。



ただし、分子が完全に存在しない「絶対真空」はありません(宇宙空間にも飛び交ってます)から、厳密にはゼロではありません。

例題で出てくる真空では、圧力ゼロとしてください。
    • good
    • 2
この回答へのお礼

わかりやすく教えていただき嬉しいです。ありがとうございます。

お礼日時:2016/10/23 21:16

「断熱自由膨張」で、大学の授業等での質問かと思いましたが、


もしかすると、高校や大学受験の方でしょうか?

だとすると、最初の答えは不適切な部分が多いので、
訂正しますから、わからない部分を教えてください。
    • good
    • 1
この回答へのお礼

大学の授業での質問です。物理化学という授業なのですが、苦手です…。

不適切なところがあったのですか?詳しく教えていただき、ありがたかったです。

ただ、「力学的環境が真空で、自由膨張するとき、系内部の環境付近の圧力pは不定となります。」という内部に疑問をもっています。お手数ですが教えていただけませんでしょうか。

お礼日時:2016/10/23 22:50

図のように、気体を系として、力学的環境との境界(ピストンやしきり板の表面)を想像してください。



準静的過程では、系内部の圧力pと環境の圧力p(e)について、p=p(e)とします。
この時、系の体積変化がdVの場合、環境の体積変化は(-dV(e))で、系のした仕事p*dVと環境のされた仕事p(e)*dV(e)の大きさは同じで、仕事を系・環境のどちらで評価してもいいのですが、

力学的環境が真空で、自由膨張するとき、系内部の境界付近の圧力pは不定となります。
結果、仕事は環境側でしか評価できず、p(e)*(-dV)=0*(-dV)=0となります。
これで、第1法則のdU=熱0-仕事0から、dU=0となります。

また、カルノーサイクルで出てくる、等温操作と断熱操作は最も重要です。
・環境から熱を吸収する場合、最大の吸熱量が得られるのは等温操作です。
・1つの温度の環境と熱をやりとしても、1サイクルで正味に得られる仕事は0なので、
 仕事を得たい場合、2つ以上の温度環境が必要です。
・2つの等温操作はpV線図上で交わることがないので、これらを結ぶ操作が必要です。
・熱のやり取りが入ると、どうしても等温操作より効率が悪くなりますから、
 熱をやり取りしない断熱操作が選ばれます。


(参考)熱の評価も、仕事と同様な事情があります。
系T=環境T(e)(つまり等温)で熱の移動を計算する時、
系のエントロピー増加がdS、環境のエントロピー減少が(-dS(e))とすると、
熱は、T*dS=T(e)*dS(e)となり、系・環境のどちらでも計算できますが、
一般の等圧変化や等積変化では、ほぼT<T(e)となり、系内の圧力や体積等を使って
吸熱量を求める必要があります。
「真空中へ気体を断熱的に放出した(これを断」の回答画像1
    • good
    • 1
この回答へのお礼

図とともに詳しく丁寧に教えていただきありがとうございます。

お礼日時:2016/10/23 13:57

お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!

このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています

教えて!goo グレード

人気Q&Aランキング