平成27年度センター試験【物理】第5問 問3|状態変化

参考資料

 

問1、2に引き続き、状態変化に関する問題です。

断熱変化、等温変化、定圧変化について考えますが、この問題では縦軸が体積 V、横軸が温度 T となっています。

おそらくこの形の図は見慣れないと思うので、自分で考えることが必要です。

 

一番考えやすいのは等温変化です。

等温変化は温度一定の変化なので、解答は「オ」しかありえません。

この問題の選択肢の組み合わせは親切で、一番わかりやすい等温変化の答えがわかるだけで、選択肢の組み合わせは 8 個から 3 個に絞られます。

 

次に定圧変化。

これは理想気体の状態方程式を使って考えます。

縦軸が体積 V、横軸が温度 T なので、状態方程式を(1)式のように書き直します。

参考資料 (1)式

物質量 n、気体定数 R は一定で、さらに定圧変化の場合は圧力 P が一定なので、体積 V と温度 T の関係は原点を通り、傾きが nR/P の直線となることがわかります。

この条件に合う選択肢は「ウ」です。

 

ここまでわかれば、選択肢の組み合わせは 1 つに絞られるので、断熱変化がわからなくても解答することができます。

 

ちなみに断熱変化について、あまり正しい表現ではありませんが次のように考えるとよいです。

断熱変化は熱の出入りがありません。

その状況で外から仕事をされて理想気体の体積が小さくなったとすると、外からされた仕事(エネルギー)は理想気体の中にたまっていきます。

それが理想気体の温度上昇という形で現れてくるので、理想気体の体積が小さくなると温度は上昇しますし、逆に理想気体の体積が大きくなると温度は下降します。

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