熱と気体（知識）の問題

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。

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。

熱運動と温度、絶対温度、熱平衡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　物体の温度は、物体を構成する原子や分子の熱運動の激しさを表す量であり、温度が高いほど熱運動は激しい。
• イ　絶対温度 $T[\mathrm{K}]$ とセルシウス温度 $t[{}^{\circ }\mathrm{C}]$ の間には $T=t+273$ の関係があるので、温度が $1\mathrm{K}$ 上がることと $1{}^{\circ }\mathrm{C}$ 上がることは、同じ大きさの温度変化である。
• ウ　物体をどこまでも冷却すると、絶対零度よりさらに低い温度になり、そこでは粒子の熱運動のエネルギーが負になる。
• エ　外部との熱のやりとりがない状態で、温度の異なる 2 つの物体を接触させておくと、高温の物体から低温の物体へ熱が移り、やがて両者の温度が等しくなって熱の移動が見かけ上止まる。
• オ　2 つの物体が熱平衡の状態にあるとき、それぞれの物体を構成する粒子の熱運動は完全に止まっている。
• カ　物体が外部から熱を得ると、その物体の温度は必ず上昇する。

容積が一定の容器に、ヘリウム He とアルゴン Ar をまぜた気体が入っており、全体が同じ温度で熱平衡の状態にある。どちらの気体も単原子分子の理想気体とみなせるものとし、Ar の原子は He の原子より質量が大きい。この気体について、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　He の原子は Ar の原子より軽いので、He の原子 1 個あたりの運動エネルギーの平均値は、Ar の原子 1 個あたりの運動エネルギーの平均値より大きい。
• イ　He の原子の速さの 2 乗の平均値の平方根（2 乗平均速度）は、Ar の原子の 2 乗平均速度より大きい。
• ウ　温度を一定に保ったまま容器の容積を半分にすると圧力が 2 倍になるのは、原子 1 個 1 個の速さが大きくなり、1 回の衝突で壁に与える力積が大きくなるからである。
• エ　容積を一定に保ったまま気体の絶対温度を 2 倍にすると、それぞれの原子の 2 乗平均速度は 2 倍になる。
• オ　温度を一定に保ったまま容器の容積を半分にすると、この気体の内部エネルギーは大きくなる。

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。