高校物理「熱力学」窒素分子の運動・圧力�B

高校物理「熱力学」窒素分子の運動・圧力�B

◆問題

窒素分子の運動について、次の問いに答えよ。ただし、Ｎ＝１４，アボガドロ定数を６．０×１０²³、気体定数を８．３[Ｊ／(ｍｏｌ・Ｋ)]、√２４．９≒５．０とする。

(1) 窒素分子１個の質量は何ｋｇか？

(2) ７℃における窒素分子の二乗平均速度は何ｍ／ｓか？

(3) (2)の速さの窒素分子１個が、容器の壁に垂直に弾性衝突して跳ね返るとき、壁に与える力積の大きさを求めよ。


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◆解説

(2)で窒素分子の二乗平均速度を求めました。
５．０×１０²[ｍ／ｓ]ですね。

窒素分子は壁で弾性衝突するので、その運動量の変化は

ｍｖ−(−ｍｖ)＝２ｍｖ

となります。
「運動量＝力積」で、壁に与えた力積と窒素分子の受けた力積は等しいので、壁に与えた力積も２ｍｖとなります。

窒素分子の質量は(1)で求めたので、これらを代入して、

２ｍｖ＝２×４．６６×１０^-26×５．０×１０²
　　＝４．６６×１０^-23[Ｎ・ｓ]


次の問題→１気圧のとき


◆関連項目
熱力学まとめ


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