熱と気体（知識）の問題

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。

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、気体の温度を一定に保ったまま、ゆっくり膨張させた。気体が吸収した熱量を $Q$、気体が外部からされた仕事を $W$、気体の内部エネルギーの変化を $\Delta U$ とすると、熱力学第一法則 $\Delta U=Q+W$ が成り立つ。このときの気体の変化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　気体の内部エネルギーは増加する。
• イ　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　気体は外部に仕事をするので、外部から熱を吸収しない。
• エ　気体が外部からされた仕事 $W$ は正である。

$1.0\times 10^5\mathrm{Pa}$（1 気圧）のもとで、容器に入れた $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ の水を冷凍庫の中に置いた。やがて水が凍り始め、しばらくするとすべて氷になった。容器の中の水と氷はつねに全体が同じ温度になっているものとする。水が凍り始めてから、すべてが氷になるまでの間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　水と氷は、まわりから熱を吸収し、その温度は $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ のまま一定に保たれる。
• イ　水と氷は、まわりに熱を放出し、その温度は $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ のまま一定に保たれる。
• ウ　水と氷は、まわりに熱を放出し、その温度は下がり続ける。
• エ　水と氷は、まわりから熱を吸収し、その温度は上がり続ける。

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。

熱の伝わり方には、熱伝導・対流・放射（熱放射）の 3 種類がある。熱の伝わり方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　太陽からの熱が、ほぼ真空の宇宙空間を通って地球に届くのは、対流によるものである。
• イ　熱伝導では、物質そのものは移動せず、高温部の粒子の激しい熱運動がとなりの粒子へ次々に伝わることで、熱が高温部から低温部へ伝わる。
• ウ　放射による熱の移動は、真空中では起こらない。
• エ　対流は、液体や気体の中だけでなく、固体の中でも同じように起こる。