熱と気体（知識）の問題

熱機関と熱効率、可逆変化・不可逆変化と熱力学第二法則について述べた文として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、ここでいう熱機関は、高温の物体から熱を受け取り、外部に仕事をし、低温の物体に熱を放出して、もとの状態にもどる過程（サイクル）をくり返すものとする。

• ア　熱機関が 1 サイクルの間に外部にした正味の仕事は、高温の物体から受け取った熱量と、低温の物体に放出した熱量との差に等しい。
• イ　摩擦や熱の漏れなどの損失をすべてなくした理想的な熱機関であれば、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、熱効率は 1 になる。
• ウ　熱効率は、熱機関が 1 サイクルの間に高温の物体から受け取った熱量に対する、外部にした正味の仕事の割合である。
• エ　温度の異なる 2 つの物体を接触させると熱は高温の物体から低温の物体へ移るが、その逆向きの熱の移動は、外部に何の変化も残さずにひとりでに起こることはない。
• オ　水にたらしたインクが水全体に広がる現象は、外部に何の変化も残さずにもとの状態にもどすことができないので、不可逆変化である。

熱機関の熱効率、および可逆変化・不可逆変化と熱力学第二法則について述べた文として正しいものを、次のア〜カのうちからすべて選べ。

• ア　あらい水平面上をすべる物体が摩擦によって止まり、物体と面の温度が上がる現象は、外部に何の変化も残さずに、逆向きに進めてもとの状態に戻すことができる。
• イ　熱機関は、1 サイクルの間に高温の物体から受け取った熱量の一部を必ず低温の物体へ放出するので、熱効率は 1 より小さくなる。
• ウ　温度の異なる 2 つの物体を接触させると熱は高温の物体から低温の物体へ移動し、ほかに何の変化も残さずに、熱が低温の物体から高温の物体へ自然に移動することはない。
• エ　1 サイクルの間に高温の物体から受け取る熱量が同じ熱機関どうしでは、低温の物体へ放出する熱量が大きい熱機関ほど、熱効率が高い。
• オ　容器の仕切りの片側に気体を入れ、反対側を真空にして仕切りを取り除くと気体は容器全体に広がるが、そのまま放置すれば、気体はやがて自然にもとの側だけに戻る。
• カ　水の入ったコップにインクを 1 滴たらすと、インクは水全体に広がっていくが、この変化は不可逆変化である。

次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、下のア〜エのうちから 1 つ選べ。

ガソリンエンジンや蒸気機関のような熱機関は、高温の物体から熱を受け取り、その一部を仕事に変え、残りの熱を低温の物体に放出しながら、同じ変化をくり返す。熱機関が受け取った熱のうち仕事に変えられた割合を熱効率といい、どのような熱機関でも、その値は 1 より（ a ）。
また、高温の物体と低温の物体を接触させると、熱は高温の物体から低温の物体へ移るが、外部から何のはたらきかけもなしに、低温の物体から高温の物体へ熱が移ることはない。このように、外部に何の変化も残さずにはもとの状態に戻ることができない変化を（ b ）という。

ある熱機関は、1 サイクルの間に、高温の物体から熱量 $Q_1$ を受け取り、外部に仕事 $W$ をし、低温の物体に熱量 $Q_2$ を放出して、もとの状態にもどる。ただし、$Q_1$, $W$, $Q_2$ はいずれも正の量とする。この熱機関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　1 サイクルの間に外部にした仕事 $W$ は、受け取った熱量 $Q_1$ より大きい。
• イ　低温の物体に放出する熱量 $Q_2$ を 0 にして、受け取った熱量をすべて仕事に変える熱機関をつくることができる。
• ウ　1 サイクルの間に外部にした仕事は、$W=Q_1-Q_2$ と表される。
• エ　1 サイクルが終わると、熱機関の中の気体の内部エネルギーは、サイクルを始める前より $Q_1$ だけ増えている。

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。