見出し画像

【高校物理】熱力学分野⑤　　　　　　　　　　「気体の状態変化」その２

マナ物理

【ヘリウムガス風船の熱力学】
（過去問解説 広島大学(1986年)改題）

熱力学問題では，
「理想気体の状態方程式」
「熱力学第１法則」
この２つの式を立てるだけ。あとは問題文の誘導にのってください。
熱力学問題は「国語力」が問われる問題が多くなっています
（この「国語力」については，
　機会があればまた note などで取り上げようと考えています）。


【空気が冷たい・暖かいとは？】

ここで，シンプルな問題を解いてください。
「選択肢」にすると正答率が上がる問題ですが，
「記述」にすると途端に正答率が下がります。

【解答】の考え方はシンプルですが，【別解】も是非読んでください。
「熱気球問題」でよく使う公式がでてきます。


【液体排出時の仕事】
（過去問解説 横浜市立大学(2016年) 類題）

𝒑-𝑽 グラフ にしたときに
「直線的」に変化するならば，仕事はかんたんに求められます。
なので，毎年どこかの大学で出題されています。

断熱変化は，準静的変化であれば「ポアソンの式」が成り立つので，
𝒑-𝑽 グラフ から仕事を求めたくなります
(自分の計算力を過信してはいけません)が，
熱力学第１法則を立てると，簡単に仕事が求められます。


【V-Tグラフ】
（過去問解説 横浜市立大学(1986年)）

気体のした仕事を求めるならば，𝒑-𝑽 グラフ で考えます。
この問題で与えられているのは 𝑽-𝑻 グラフ。
この 𝑽-𝑻 グラフ から 𝒑-𝑽 グラフ を描けるようになっておこう。


【断面積の異なる円筒容器】

問題としてはセンターレベル(大学入学共通テストレベル)なのに，
満点がなかなかとれない問題です。


【気体の混合】その１

「断熱変化」→「ポアソンの式」という発想は危険です。
何が起こっているのか，または何が起こっていないのか
を考える必要があります。
そこで登場するのがやはり…「熱力学第１法則」なんです。


「気体の混合」その２

ここまでくると，熱力学的には
・ 気体の状態方程式（ ある瞬間に注目 ）
・ 熱力学第１法則（「はじめ」と「あと」の状態に注目 ）
この２つの式しか立てていないことに気づきます。
そしてこの後もこの２つの式しか立てません
(断熱変化のときの「ポアソンの式」を除く)。


「星の王子さま」

マジメな「熱力学」の問題です！
「夢」を壊してしまう可能性があります。閲覧注意(笑)
このような問題を楽しんで解けるようになれば，
あなたは立派な「理系の人」です。


「連結ピストン」その１
（過去問解説 横浜市立大学(2014年)）

毎年どこかの大学で出題されるタイプ。
このように note にまとめなおしてみると，
私が選ぶものは横浜市立大学の入試問題がやたらと多い
という事実に気づいた。…それだけ良問が多いということやね。

「視点の移動」(「気体」⇔「ばね＋ピストン」)は慣れないうちは難しい。「部分」⇔「全体」というような「視点の移動」もよく行われる。


「連結ピストン」その２
（過去問解説 東京大学(1984年)）

「部分」⇔「全体」の「視点の移動」が必要な問題。
是非，これは時間をかけて解いてほしい。
結局，立てている式はいつもとおんなじだけれど，
見通しをもって立式しないと解けないよ。


【コンデンサの極板間に気体】
（過去問解説 東京大学(1994年)＜後期＞）

いよいよ熱力学最後の問題。
熱力学の問題だけで大問１問出題される可能性は少ないですが，
この問題のように，
他分野との融合問題としての出題は今後十分に考えられます。

以上です。
マナブ


いいなと思ったら応援しよう！