熱と気体（知識）の問題

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。

地表付近の空気のかたまりが上昇気流によって上空へ持ち上げられると、まわりの気圧が低くなるので、空気のかたまりは膨張する。空気は熱を伝えにくく、この変化は速く起こるので、空気のかたまりとまわりとの熱のやりとりは無視できる。このとき、空気のかたまりは膨張することで外部に仕事をするが、熱を受け取らないので、熱力学第一法則により内部エネルギーが減少し、温度が下がる。この温度低下は、雲ができる原因の 1 つである。

このように、気体と外部との間で熱のやりとりがない状態で、気体の体積が増加する変化を何というか。漢字 4 文字で答えよ。

コップの水に 1 滴のインクを落とすと、インクはしだいに水全体に広がるが、広がったインクがひとりでに 1 か所に集まって元の 1 滴に戻ることはない。また、床の上をすべる物体が摩擦によって止まるとき、物体の運動エネルギーは熱に変わるが、床や物体にたまったその熱がひとりでに物体の運動エネルギーに戻って物体が再び動き出すことはない。

このように、ひとりでには逆向きに進まず、外部に何の変化も残さずに元の状態に戻すことができない変化を何というか。漢字で答えよ。

なめらかに動くピストンのついたシリンダーに一定量の理想気体を閉じこめ、さまざまな条件で状態をゆっくり変化させる。このときの熱・仕事・内部エネルギーについて述べた文として誤っているものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　圧力を一定に保って気体を加熱し膨張させると、気体が吸収した熱量は、気体の内部エネルギーの増加量と、気体が外部にした仕事の和に等しい。
• イ　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、気体が外部にした仕事に等しい。
• ウ　ピストンを固定して体積を一定に保ったまま気体を冷却すると、気体は外部に仕事をしないので、放出した熱量の分だけ内部エネルギーが減少し、気体の温度は上がる。
• エ　外部との熱のやりとりがないようにして気体を膨張させると、気体が外部にした仕事の分だけ内部エネルギーが減少し、気体の温度は下がる。

気体分子運動論によると、容器内の理想気体の分子 1 個あたりの運動エネルギーの平均値は、気体の絶対温度 $T$ に比例し、分子の種類（質量）によらない。この比例関係は、ある定数 $k$ を用いて
$$\frac{1}{2}m\overline{v^2}=\frac{3}{2}kT$$
と表される（$m$ は分子 1 個の質量、$\overline{v^2}$ は分子の速さの 2 乗の平均値）。定数 $k$ は、気体定数 $R$ をアボガドロ定数 $N_{\mathrm{A}}$ で割った値 $k=\frac{R}{N_{\mathrm{A}}}$ に等しく、気体定数を分子 1 個あたりに換算した定数といえる。この定数 $k$ を何というか。