• 締切済み

断熱自由膨張について迷走してしまっています。

添付写真の問題の(B)(4)が分かりません。 私は、コックを開けると真空である容器2に向かって容器1の中の気体が膨張することから断熱自由膨張をしていると考えました。 なので温度変化もしていないと思い、(B)(4)の答えを0と回答しましたが、模範解答を見ると温度変化をしていました。 ということはこの変化は断熱自由膨張ではないことが分かりましたが、なぜ断熱自由膨張でないのかが分かりません。 どなたかご教授お願いいたします。

  • 化学
  • 回答数1
  • ありがとう数0

みんなの回答

  • 2benzene
  • ベストアンサー率74% (90/121)
回答No.1

ピストンが固定されているなら断熱自由膨張ですが、この場合コックを開くことで容器内部の圧力が変化してピストンが動きます。するとピストンが容器内の気体に仕事をするので温度が変化します(∵断熱過程)。

関連するQ&A

  • 断熱容器内での真空への拡散について

    断熱容器内での真空への拡散は温度が低下しないのはなぜですか? 例えば 断熱材で作られた容器のAの部分(容積V)には温度T。のnモルの単原子気体が入っている。容積2VのB内は真空である。 このとき コックを開いて放置したときの温度はT。となりますがなぜなんでしょうか?

  • 断熱自由膨張、不可逆、エントロピー変化

     気体の断熱自由膨張は不可逆変化で、断熱しててもエントロピーが増大する。質問サイト、Web情報、教科書を読みましたがQ=0とQ=- ∫ PdVを区別している点が分かりません。  理想気体として断熱自由膨張を説明するとき、断熱によるQ=0と自由膨張によるW=0から内部エネルギーの変化がなく、理想気体のU=Cv(ΔT)から等温変化である。さらに等温変化からエントロピー変化を計算するには、膨張を準静的な等温過程としてW= - ∫ PdV = QとΔS=Q/Tからエントロピー変化が計算できる。  気体自身はQ=- ∫ PdVの変化をしていてるけど断熱してるから系外には逃げずにQ=0ということでしょうか?系全体としてのQ=0とW=0というから等温変化になるのでしょうか?

  • 物理の熱の分野での解説でわからない部分があります

    断熱材で作られた容器のAの部分(容積V)には温度T。のnモルの単原子気体が入っている 容積2VのB内は真空である (1)コックを開いて放置したときの温度を求めよ なんですが まず(1)ですが答えは 断熱容器内では温度は不変よりT。でした 私はコックを開いたらBをT。にしようとする分、全体が一定になるときの温度は下がると思ったんですがなぜT。のままなんでしょうか?

  • 自由エネルギーの変化

    大学からの課題です。 共に温度が298K、圧力P1にある理想気体AとBが、それぞれ1モルと3モルずつコックで栓をされた容器に閉じ込められている。Aの容器とBの容器とを接続した後、容器の間にあるコックを開いて両気体が混ざる様にした。混ざる前と後とでの自由エネルギーの変化を求めよ。ただし、気体定数を8.31J/K・molとする。 という問題なのですが、自由エネルギーの出し方がわかりません。 公式を使えば出せますか?

  • 実存気体の断熱膨張時のジュール・トムソン効果の有無

    気体を冷却する方法として、仕事を外部に取り出しながら気体を膨張させる断熱膨張や、仕事を外部に取り出さずに(逆転温度以下で)不可逆的に膨張させるジュール・トムソン効果などが知られており、それらは別種のものと説明されています。 断熱膨張においては、内部エネルギーが仕事に変化することにより温度が低下し、ジュール・トムソン効果においては、膨張時に実存気体の分子間力に対して仕事をすることにより温度が低下する、と理解しています。しかし、断熱膨張においても気体の分子間距離は膨張により広がっていますので、内部エネルギーが仕事に変化することによる断熱膨張本来の温度低下に加えて、分子間力に対して仕事をすることによるジュール・トムソン効果による温度低下も必然的に発生しているように思います。 もっと言うと、実存気体の膨張においては、それが可逆的過程(断熱膨張)であっても不可逆的過程(ジュール・トムソン膨張)であっても、必ずジュール・トムソン効果の原理による温度低下は発生しており、仕事を外部に取り出している場合は、その分だけさらに温度低下が起きている、ということではないのか、という疑問を持っています。このような考え方で正しいでしょうか。また、正しくないとすれば、実存気体においてジュール・トムソン効果を伴わない断熱膨張による冷却が可能である、ということになるかと思いますが、その際の、分子間力に対する仕事はどのようになるのでしょうか。

  • 熱力学(エントロピー変化)

    熱力学(エントロピー)についての質問です。 気体が断熱的に真空中へ膨張するときのエントロピー変化を求めるのですが、 [1]ピストンを準静的に膨張させながら、温度が低下しないように熱を加える場合(等温変化) [2]断熱変化のあと、下がった温度の分熱量を加える場合(断熱変化+等積変化) 2つの場合で、[1]については、分かったのですが、[2]についてが分かりません。 答えは同じになるので、解き方、考え方を教えていただきたいです。

  • 自己膨張は仕事をする?(熱力学)

    断熱壁からなる容器(体積2V/真ん中に仕切りあり)があり、片方には理想気体が入っていて、残りの半分は真空であるとする。次に、中央の仕切りを取り除く(自己膨張)。 この時、始めと終わりのエントロピー差を「熱力学的」及び「統計論的」に求めて、同一になることを示せ。 上のような問題があったのですが、(「熱力学的」の)解答には圧力を体積で積分をする計算が書かれていました。私は「自己膨張は仕事をしない」と思っていたので、混乱してしまいました。断熱壁なので、内部エネルギーの変化は全部仕事になるというのを考えると、解答は間違ってないような気もするのですが、納得がいきません。「自己膨張は仕事をしない」というのは条件があるのですか?

  • 冷蔵庫の仕組み(断熱膨張と気化熱)

    冷蔵庫などが冷える仕組み(コンプレッサー)について質問です。 ネット検索や過去の質問を読んで コンプレッサーの仕組みは 「冷媒は気圧が下げられると膨張(断熱膨張)して気体に変化する(沸点の低下)。 気化するときに周りの熱を奪うので、周囲の温度が冷える。」 と理解しました。 結局、コンプレッサーは断熱膨張による温度低下と、 気化による温度低下、両方を使っているということなのでしょうか。 それとも、実質二つの現象は同じものだったりするのでしょうか。 ある程度、物理の知識があると思っていたのですが 頭がこんがらがってきたので、アドバイスをよろしくお願いいたします。

  • 理想気体(V.P.N)を断熱状態にして体積を2倍に

    理想気体(V.P.N)を断熱状態にして体積を2倍にする過程を考える。(1)では真空の容器Vを接続し、途中のバルブを解放することによって、一度に体積を2Vに膨張させる。また(2)では、ピストンを準静的過程を保つように、ゆっくりと動かし、断熱膨張を行う。この場合(1),(2)は、同じように断熱的に膨張させているが、両者の体積が2Vになった時点での両者の温度は異なる。ということなんですが、なぜ異なるのかがわからないです。教えてください。

  • 可逆断熱膨張の問題です。

    可逆断熱膨張の問題です。 恒温槽中に300Kに保たれた可動ピストン付きのシリンダーが置かれている。 ピストンの質量は無視してよい。 このシリンダーの中に完全気体が入っていて、気体の体積が1.50Lとなる位置にピストンが止まっている。 気体の圧力は4.00atmである。 系を断熱壁で覆い、系の圧力を外圧とつり合わせながら徐々に降下させて、最終圧力が1.00atmになるまで系を断熱膨張させた。 膨張させる前の系の温度は300Kであった。 この過程における系の仕事を求めよ。 なお、pV^γ=一定が成り立ち、γ=1.67とする。 R=8.314JK^-1mol^-1 計算過程も含めて教えていただけると嬉しいです。