2020年01月03日

高校物理「気体の状態変化」「断熱変化」

高校物理「気体の状態変化」「断熱変化」

単原子分子の理想気体4.0molがシリンダーの中に入っている。熱の出入りがないようにして気体を膨張させたところ、気体は外部に3.6×10^3Jの仕事をした。気体の内部エネルギーの変化と気体の温度変化を求めよ。ただし、U=(3/2)nRTにおいて、R=8.3とする。


仕事とエネルギーの単位は同じですね。
温度変化についてはU=(3/2)nRTを用います。


解き方の習得におすすめの問題集です。



仕事の単位とエネルギーの単位は同じで、J(ジュール)ですね。
だから、「仕事=エネルギー」となることがあります。

気体が「外部に3.6×10^3Jの仕事をした」ということは、それだけのエネルギーを消費したので、気体の内部エネルギーは3.6×10^3Jだけ減少しているはずです。
よって、気体の内部エネルギーの変化は、−3.6×10^3J


次に、気体の温度変化について考えます。
単原子分子の理想気体のエネルギーと温度に関しては、次の式が成り立つことが知られています。

U=(3/2)nRT

Uがエネルギーで、nが物質量、Rは気体定数、Tは絶対温度です。

エネルギーと温度の変化について考える場合、それぞれにΔをつけて、

ΔU=(3/2)nRΔT

と書き換えることができます。

今回の問題では、ΔU=−3.6×10^3,n=4.0,R=8.3なので、

−3.6×10^3=(3/2)×4.0×8.3×ΔTより、

ΔT=(−3.6×10^3)/(4.0×8.3)
 =−(0.9×10^3)/8.3
 =−72.2…
 ≒−72[K]


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posted by えま at 21:43| Comment(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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