高校物理「熱力学」まとめ

高校物理「熱力学」まとめ

高校物理の熱力学に関する、このブログに掲載した解説・問題の一覧です。


◆　公式・用語・解き方

比熱
熱容量
熱力学の第１法則
熱力学の第２法則
熱効率

線膨張率
体膨張率

ボイル・シャルルの法則
理想気体の状態方程式
気体定数

気体の内部エネルギー
定積変化、定積モル比熱
定圧変化、定圧モル比熱
等温変化
断熱変化、ポアソンの法則


◆　問題

温度の違う水を混ぜるとき
質量２００[ｇ]の鉄製の容器Ａに、水１５０[ｇ]が入っている。熱容量や温度上昇を求める。

鉄球の温度上昇
銅線の線膨張率
空気の体膨張率
仕事率７０ｋＷ，熱効率３０％の熱機関がある。この熱機関は重油を燃料として仕事をする。

ボイル・シャルルの法則を使った計算、気体の状態方程式を使った計算
２７℃の気体の体積を２倍にしたときの温度、エネルギーなど
６．０Ｌの容器Ａと３．０Ｌの容器Ｂ内の空気の物質量など
気体の分子運動と圧力
立方体容器に、質量ｍの気体分子がＮ個入っている。分子は、容器内の壁と弾性衝突するものとして…
窒素分子の運動・圧力

容積１．１２×１０^-2[ｍ^3]の密閉容器に、０℃、１．０×１０^5Ｐａの単原子分子からなる理想気体が入っている。気体の体積を一定に保ち、温度を２０℃にするには、外部からどれだけの熱量を与えればよいか
１．５ｍｏｌの単原子分子からなる理想気体が入っている。一定の圧力下で、その気体の温度を６０℃から３０℃まで下げるとき、気体が外部へ放出する熱量
ヒーターから熱を与え、気体の温度をＴ0[Ｋ]から４Ｔ0[Ｋ]に上昇させたとき、ヒーターが与えた熱量と定積モル比熱

圧力ｐと体積ＶをＡ→Ｂ→Ｃ→Ａの順にゆっくりと変化させた。Ａの温度は２００Ｋ，ＢＣ間の温度は一定であり、気体定数を８．３Ｊ／(ｍｏｌ・Ｋ)とするとき。Ａ・・・ｐ＝１．０×１０^5[Ｐａ]，Ｖ＝８．３×１０^(-3)[ｍ^3]
Ｂ・・・ｐ＝２．０×１０^5[Ｐａ]，Ｖ＝８．３×１０^(-3)[ｍ^3]
Ｃ・・・ｐ＝１．０×１０^5[Ｐａ]，Ｖ＝１６．６×１０^(-3)[ｍ^3]
ＡＢ間とＣＡ間は直線、ＢＣ間は曲線

「気体の熱サイクル」単原子分子からなる理想気体１ｍｏｌを、参考図のｐ−ＶグラフのようにＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａの順にゆっくり変化させた。


粗い斜面上を滑る物体の仕事と温度上昇


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本日配信のメルマガ。2013年センター英語第３問Ｂ

本日配信のメルマガでは、2013年大学入試センター試験英語第３問Ｂを解説します。


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■　問題

第３問　次の問い(Ａ〜Ｃ)に答えよ。

Ｂ　次の英文は、アメリカのある町で住民が集まって、図書館駐車場横の空き地の
利用法について議論している場面の一部である。[ 29 ]〜[ 31 ]に入れるのに最も
適当なものを、それぞれ下の{1}〜{4}のうちから一つずつ選べ。

Bob: OK. Let's get started. I see we have well over a dozen people here
to discuss what to do with the area next to the library parking lot.
Would anyone like to start with some suggestions? ... Yes, Jack?
Jack: I think there's enough space for a small park with at least one
tree, maybe two... and a lawn of beautiful green grass. Maybe we can put
a bench there as well. Along one side, we could leave some space for
flowers. The park could be an ideal place to sit and read a book.
B: That's pretty much what I imagined, too -- a kind of miniature park
that [ 29 ].

{1} can be used for community events
{2} creates a comfortable and peaceful atmosphere
{3} suits the architecture of the new library
{4} would be a good place to park a car

J: That's right.
Anne: But Jack, do you know how much money it would cost to do what you
propose? We would need to hire somebody to take care of the flowers,
trees and lawn and also clean up the leaves.
B: So, Anne, what do you have in mind?
A: Well, last year my husband and I decided to change our lawn into a
desert-style rock garden, so we hired an expert to make one for us. It
looks great, but more importantly, doesn't need much care.
B: So what you're saying, Anne, is [ 30 ].

{1} a desert-style garden is better because it is more economical
{2} a park with a lawn would help create jobs for residents
{3} we can create a desert-style garden which looks professional
{4} we have enough money to maintain a lawn and a garden

J: Anne, can you explain it in more detail?
A: Well, I've invited the person who designed our yard. This is Carol
Jones. She can explain this better than I can.
Carol: Hello, everyone. We all know that we don't get much rain here in
the Southwest. A desert-style rock garden basically creates a scene we
might see in deserts by using sand and rocks of various sizes and colors.
It uses plants that don't require much water, such as cactuses and other
desert plants.
J: Hmmm. I have an image of deserts being really hot and uncomfortable,
not relaxing.
C: It doesn't have to be that way. We could choose a variety of rocks and
plants. For instance, we could use rocks that are green and smooth pebbles
from river bottoms to create a cooler impression. Some desert plants offer
shade as well as beauty.
A: So, Carol and I think that [ 31 ].

{1} a rock garden cannot be as comfortable as a garden full of plants.
{2} a rock garden would go well with the atmosphere of the town
{3} it is difficult to choose the right materials for a rock garden
{4} it is possible to create a refreshing space with a rock garden

Bob: OK, so we have two choices so far; rock garden, or the small park
that Jack recommended. If there are no more suggestions, shall we take a
vote?


※マーク部分の□や下線部は[ ]で、マル１は{1}で表記しています。

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■　解答・解説

2013年センター英語第３問Ｂは、対話文でした。
空欄に適切な台詞を補う問題です。

まずは空欄までの和訳を確認してみましょう。


[ 29 ]

Bob「それでは始めましょう。図書館駐車場横の空き地をどうするか議論するために
12人をはるかに超える人々が集まってくださったようです。誰か何か提案は
ありませんか。・・・はい、Jack」
Jack「公園を作って、少なくとも１本、もしくは２本の木を植えるだけのスペース


(以下略)


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■　全文訳(基本的に直訳です)

Bob「それでは始めましょう。図書館駐車場横の空き地をどうするか議論するために
12人をはるかに超える人々が集まってくださったようです。誰か何か提案は
ありませんか。・・・はい、Jack」

(以下略)

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高校物理(用語)「理想気体の状態方程式」

高校物理(用語)「理想気体の状態方程式」

★理想気体の状態方程式(ideal gas law)

ｎ[ｍｏｌ]の理想気体の圧力をｐ[Ｐａ]，体積をＶ[ｍ^３]，絶対温度をＴ[Ｋ]，気体定数をＲとすると、

ｐＶ＝ｎＲＴ

の関係式が成り立つ。これを理想気体の状態方程式という。


理想気体とは分子間力と分子の体積が０と仮定した気体で、実際の気体はこれらはもちろんゼロではないから、実在気体ではこの式は厳密には成り立たないことは覚えておいた方が良いと思います。


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◆　関連項目
ボイル・シャルルの法則
熱力学まとめ


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