熱と気体（知識）の問題

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。

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。

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。

気体の圧力・体積・温度の関係と理想気体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、文中の「温度」はとくに断りのない限り絶対温度を表すものとする。

• ア　一定量の理想気体の温度を一定に保ったまま体積を半分にすると、圧力ももとの半分になる。
• イ　ふもとで密閉した菓子の袋を、温度がほぼ同じ高い山の上に持っていくとふくらむ。これは、まわりの気圧が下がって袋の中の気体の体積が大きくなるためで、ボイルの法則で説明できる。
• ウ　少しへこんだピンポン球を湯につけるともとの形にもどる。これは、球の中の気体の温度が上がって体積が大きくなろうとするためで、シャルルの法則の考え方で説明できる。
• エ　一定量の理想気体の圧力を一定に保ったまま冷やしていくと、体積は絶対温度に比例して小さくなる。
• オ　理想気体は、分子自身の大きさと分子間力を無視できるとした気体であり、実在の気体も高温・低圧では理想気体に近いふるまいをする。