◆問題
問４ 理想気体が容器内に閉じ込められている。図４はこの気体の圧力ｐと体積Ｖの関係を表している。はじめに状態Ａにあった気体を定積変化させ状態Ｂにした。次に状態Ｂから断熱変化させ状態Ｃにした。さらに状態Ｃから定圧変化させ状態Ａに戻した。状態Ａ，Ｂ，Ｃの内部エネルギーＵA，ＵB，ＵCの関係を表す式を答えよ。
解答はこのページ下に掲載します。
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◆解答
まず、状態ＡはｐもＶもＢ，Ｃより低いので、内部エネルギーも一番低いと判断できます。
主な問題は、ＢとＣの大小関係になると思います。
「状態Ｂから断熱変化させて状態Ｃにした」という説明があります。
断熱変化は気体が外部と熱のやりとりをせずに状態を変える過程のことです。
「熱をやりとりしない」ということは、した仕事またはされた仕事によってのみ内部エネルギーが変化する。というわけです。
ＢからＣまでの間には体積が増加しています。
体積が増加したということは、この気体は外部に仕事をしたと考えられます。
外部に仕事をしたならば、その分内部エネルギーが減少しているはずですね。
つまり、「ＵB＞ＵC」です。
ＵAはこれら３つの中で一番小さいので、まとめると、
ＵA＜ＵC＜ＵB
これが解答です。
実際の共通テストの解答としては、②です。
◆関連項目
断熱変化
気体の内部エネルギー
熱力学まとめ
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