熱と気体（知識）の問題

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。

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。

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。