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、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、気体の圧力を一定に保ったまま、気体を加熱して温度を上げていく。このときの気体の体積と温度の関係を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　気体の体積は、絶対温度に反比例する。
• イ　気体の体積は、温度によらず一定である。
• ウ　気体の体積は、セルシウス温度に比例する。
• エ　気体の体積は、絶対温度に比例する。

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、次のア〜オのように状態をゆっくり変化させる。ア〜オは、それぞれ同じはじめの状態から行うものとする。ア〜オのうち、変化の後に気体の温度がはじめより高くなっているものを 1 つ選べ。

• ア　温度を一定に保ったまま、気体を膨張させる。
• イ　体積を一定に保ったまま、気体から熱を放出させる。
• ウ　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。
• エ　圧力を一定に保ったまま、気体を圧縮する。
• オ　外部との熱のやりとりがないようにして、気体を圧縮する。

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。

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。