共通テスト直前特別企画 ここだけは押さえておこう! 第4回 循環過程

金曜日, 1月 01, 2021

大学入試 熱力学の法則

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 循環過程の問題は,いかに状況を整理するかが重要です.動画で説明しているような表が書けると,問題が解きやすくなります.

 熱力学第1法則は,気体の内部エネルギー$\Delta U$に注目して,与えられた熱を$Q$,気体が外部からされた仕事を$W_{inside}$として,$\Delta U=Q+W_{inside}$と表しますが,問題を解くときは気体が外部にする仕事$W$に注目して,熱力学第1法則を$Q=\Delta U +W$として考えた方が解きやすいことが多いです.

 熱効率は$e=\frac{W}{Q}$と表されますが,簡単なだけにうっかり間違えることが多いので注意しましょう.ここでの仕事は気体が外部にした仕事を正としており,1サイクルでの正味の仕事,つまり外部にした仕事から外部からされた仕事を引いたものです.また,$Q$は外部から与えられた熱です.外部に捨てた熱を$Q'$として,熱効率を$e=\frac{Q-Q'}{Q}$として解くことも多いので,柔軟に対応できるようにしておきましょう.

 循環過程の中で断熱変化が扱われる場合,気体の内部エネルギーの変化を$\Delta U$,気体が外部にした仕事を$W$としたとき,$0=\Delta U+W$より,$\Delta U=-W$です.符号のつけ間違いに注意しましょう.なお,ポアソンの法則はこちらの動画を参考にしてください.

 循環過程の問題では,「外部から吸収した熱はいくらか」や「外部に放出した熱はいくらか」というように,大きさで答える問題があります.また,文字に符号を含めていることがあります.例えば,外部にした仕事を正とした問題で,「この過程での気体のした仕事をWとするとき」というような表現があれば,$W$が正か負か考えるようにしてください.この$W$の符号により,$Q+W$が正解になったり,$Q-W$が正解になったりします.特に共通テストでは会話文や長いリード文の中で仕事や熱の正負が設定される可能性があります.問題文を注意深く読むようにしてください.

 それでは,共通テストまであと15日です.がんばってください.

#高校物理 #共通テスト #循環過程 #熱

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