東工大物理'08年前期[2]

nモルの単原子分子理想気体を考える。気体の圧力をp,体積をV,温度をT,気体定数をRとしたとき、状態方程式はで与えられ、内部エネルギーEはである。以下では、その理想気体が、なめらかに動くピストンの付いた密閉された容器に入れられ、断熱変化する過程を扱うことにする。

[A] ピストンを少し動かすことにより、内部エネルギーがEからへ、体積がVからへ、温度がTからへそれぞれ微小変化した。
(a) との間に成り立つ関係式を求めよ。
(b) をTとVを用いて表せ。
(c) C,aを定数として、TとVとの間にの関係が成り立つと仮定する。このときとなることを示せ。ただし、微小量εおよび実数bについて、としてよい。
(d) 問い(b)と(c)の結果より、aの値を求めよ。

[B] ゆっくりとした状態変化により、この理想気体が体積,温度の状態から体積がの状態に移った。
(e) 設問[A]の結果に基づき、その間に気体が行った仕事をn,R,T,,を用いて表せ。


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解答 断熱変化の問題としては、よくあるタイプの問題です。

[A](a) 気体がした仕事は,内部エネルギーの変化は,断熱変化なので熱の移動は0で、熱力学第一法則より、
......[答] ・・・�@
(b)  (∵ �@)
これと、状態方程式:より、

∴ ......[答]
(c) 問題文の式: ・・・�A において、体積のとき、温度として、
 ・・・�B
�B÷�Aより、
∴
�Aより、
(d) (b),(c)より、
∴ ......[答]

[B](e) �Aでとして、
体積のとき、温度だから、 ・・・�@
体積のときの温度をとして、 ・・・�A
�A÷�@より、
∴
これより、気体が行った仕事をWとして、熱力学第一法則より

∴ ......[答]


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