熱と気体（知識）の問題

容器に入れた単原子分子の理想気体について、気体分子運動論の考え方から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　気体の圧力は、気体分子どうしが衝突するときに互いに及ぼし合う力によって生じる。
• イ　気体分子 1 個あたりの平均の運動エネルギーは絶対温度に比例し、分子の質量にはよらない。
• ウ　同じ温度のヘリウムとアルゴン（どちらも単原子分子）では、分子の 2 乗平均速度（速さの 2 乗の平均の平方根）は等しい。
• エ　一定量の気体の内部エネルギーは、絶対温度と体積の両方によって決まり、温度が同じでも体積が大きいほど大きい。
• オ　温度を一定に保って気体の体積を小さくすると圧力が大きくなるのは、気体分子 1 個あたりの平均の運動エネルギーが大きくなるからである。

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た。シリンダーとピストンは断熱材でできており、気体と外部との間で熱のやりとりはない。この状態でピストンを押し込み、気体をゆっくり圧縮した。このときの気体の変化について述べた文として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　気体は外部から熱を受け取らないので、内部エネルギーは変化せず、温度も変わらない。
• イ　気体は外部から仕事をされるが、それと同じ量の熱を外部へ放出するので、内部エネルギーは変化せず、温度も変わらない。
• ウ　気体は外部から仕事をされ、その分だけ内部エネルギーが増加するので、温度が上がる。
• エ　気体は外部から仕事をされるが、その分だけ内部エネルギーが減少するので、温度が下がる。

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。

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。

熱容量・比熱と状態変化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　比熱は、物質 $1\mathrm{g}$ の温度を $1\mathrm{K}$ 上げるのに必要な熱量で、物質の種類によって決まる。
• イ　液体が蒸発して気体になるときには周囲から熱を吸収し、気体が凝縮して液体になるときにも周囲から熱を吸収する。
• ウ　同じ物質でできた 2 つの物体では、質量が大きい物体のほうが熱容量が大きい。
• エ　1 気圧のもとで氷を加熱し続けると、氷と水が共存している間は、加えた熱が状態変化に使われるので温度は一定に保たれる。