NEKO
次の問題は,2021年の東京理科大の問題の類題です.
<解答>
PHYさん
過程1から3において,B室の気体の状態変化ははっきりとわからないことばかりです.
しかし,A室の気体の状態変化ははっきりとわかります.
A室は
過程1→断熱変化
過程2→等温変化
過程3→定積変化
です.
NEKO
断熱変化,等温変化の$pV$図については,下の記事でも説明しているよ.
断熱変化は等温変化より傾きが急なんだよね.
PHYさん
A室の気体の$pV$図は次のようになります.
PHYさん
では,B室の気体はどのように変化するのでしょうか?
これは,A室とB室の気体の圧力が常に等しいことを利用しましょう.
NEKO
ピストンはつねにつりあっています.
ピストンにはたらく水平方向の力はA室とB室の気体の力しかないので,圧力が等しくなるんだね.
PHYさん
すると,A室の気体の$pV$図のグラフを利用してB室の気体の$pV$図をかくことができます.
下図は,A室が断熱変化するときのグラフです.
A室の体積が減った分,B室の体積が増えることと,A室とB室の気体の圧力が常に同じであることを利用しています.
NEKO
他の過程についても考えると,次のようになるね.
PHYさん
上図のグラフの赤い方の曲線がB室の$pV$図です.
したがって,適するグラフは③(答)となります.
NEKO
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コメント
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