熱と気体（知識）の問題

$1.0\times 10^5\mathrm{Pa}$（1 気圧）のもとで、$-20{}^{\circ }\mathrm{C}$ の氷を容器に入れ、ヒーターで毎秒一定の熱量を与え続けて、氷がとけて水になり、さらに水がすべて水蒸気になるまで加熱した。ヒーターが出した熱はすべて氷・水・水蒸気に与えられ、加熱はゆっくり行われるので、容器内の温度はつねに一様とみなせるものとする。このときのようすについて述べた文として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　氷が融解している間は温度が変化しないので、容器内の氷と水の内部エネルギーの和も変化しない。
• イ　水が沸騰している間は、水の温度は $100{}^{\circ }\mathrm{C}$ に保たれ、与えた熱は水の温度上昇には使われず、液体の水を水蒸気に変えることに使われる。
• ウ　氷が融解している途中で、ヒーターが毎秒与える熱量を 2 倍にすると、融解している間の氷と水の温度は $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ より高くなる。
• エ　同じ質量の物質の温度を同じだけ上げるとき、比熱が大きい物質ほど、必要な熱量は小さい。
• オ　加熱後に容器内の水蒸気を冷やして水に戻すと、水蒸気が凝縮するときには、まわりから熱を吸収する。

断熱材でできた容器に $20{}^{\circ }\mathrm{C}$ の水を入れ、そこへ $80{}^{\circ }\mathrm{C}$ に熱した金属球を静かに沈めた。容器と外部との間で熱のやりとりはなく、水は蒸発しないものとする。しばらくすると、金属球と水の温度は等しくなり、それ以上変化しなくなった。この現象と、熱運動・温度について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　金属球と水の温度が等しくなると、金属の原子も水の分子も熱運動が止まる。
• イ　熱は、温度に関係なく、熱容量の大きい物体から熱容量の小さい物体へ移動する。
• ウ　金属球と水の温度が等しくなった後も、金属の原子や水の分子は熱運動を続けている。
• エ　金属球と水の温度が等しくなったとき、金属球と水がもっている熱量が等しくなっている。
• オ　水の温度が $10{}^{\circ }\mathrm{C}$ 上がったとき、水の絶対温度は $283\mathrm{K}$ 上がる。

熱の伝わり方と熱膨張について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　熱の伝導では、接している物体どうしの間で、温度の低い物体から温度の高い物体へ熱が移動する。
• イ　対流とは、固体の内部で、物質そのものは移動せずに、熱が高温部から低温部へ順に伝わっていく現象である。
• ウ　液体や気体の一部があたためられると、その部分は膨張して密度が小さくなって上昇し、まわりの冷たい部分が下降することで対流が起こる。
• エ　放射（熱放射）による熱の移動には物質が必要なので、真空中では放射によって熱は伝わらない。

一定量の理想気体の状態をゆっくり変化させる。このときの熱・仕事・内部エネルギーの関係について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　体積を一定に保って気体を加熱すると、気体が吸収した熱量の一部は、気体が外部にする仕事に使われる。
• イ　気体を断熱膨張させると、外部との熱のやりとりがないので、気体の温度は変化しない。
• ウ　圧力を一定に保って気体の温度を上げると、気体が吸収した熱量は、気体の内部エネルギーの増加量に等しい。
• エ　温度を一定に保って気体を膨張させると、気体の内部エネルギーは変化せず、気体が吸収した熱量はすべて気体が外部にする仕事になる。
• オ　気体を断熱圧縮すると、気体は外部から仕事をされるが、気体の内部エネルギーは減少する。

熱機関と熱力学第二法則、および可逆変化・不可逆変化について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　熱機関は、高温の物体から受け取った熱量をすべて仕事に変えることができるので、熱効率を 1 にすることができる。
• イ　熱力学第二法則は、熱と仕事を含めてエネルギー保存の法則を表したもので、気体が得た熱量は内部エネルギーの増加と気体が外部にした仕事の和に等しいことを示している。
• ウ　熱は高温の物体から低温の物体へ自然に移るが、低温の物体から高温の物体へ自然に移ることはない。
• エ　床の上をすべる物体が摩擦によって減速し、やがて止まる現象は、外部に何の変化も残さずにもとの状態に戻すことができるので可逆変化である。
• オ　熱機関の熱効率は、高温の物体から受け取った熱量に対する、低温の物体に放出した熱量の割合である。