熱と気体（知識）の問題

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。

ある変化が起こった後、外部に何の変化も残さずに、もとの状態にもどることができる変化を可逆変化、もどることができない変化を不可逆変化という。次のア〜エの現象のうち、可逆変化とみなせるものを 1 つ選べ。

• ア　部屋のすみで香水のびんのふたを開けると、香水のにおいがしだいに部屋全体に広がる。
• イ　熱いお湯を入れたカップを部屋に置いておくと、お湯の温度がしだいに下がって室温に近づく。
• ウ　空気抵抗も支点での摩擦もない振り子が、同じ高さの 2 点の間を往復し続ける。
• エ　水平な床の上をすべる物体が、床との摩擦によって止まり、物体と床の温度が上がる。

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。

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。

水を入れた鍋をこんろにかけて底から加熱すると、底の近くで温められた水は膨張して密度が小さくなり、上へ移動する。かわりにまだ温まっていない上の方の水が下へ移動し、これがくり返されて水全体が温まっていく。このように、液体や気体の物質そのものが移動することによって熱が運ばれる熱の伝わり方を何というか。