- ベストアンサー
気体の質問です。
- みんなの回答 （1）
- 専門家の回答
質問者が選んだベストアンサー
大気圧下として、最初に閉じ込めた体積でピストンを固定したなら、温度を下げていき内圧が大気圧より下がれば、ピストンにはマイナス（ピントンを引き込む）力が発生します。
関連するQ&A
- 熱力学 低圧変化 気体が「された」仕事について
水平方向に寝かせたシリンダーがあり、中にとある気体を入れて、なめらかに動くピストンで塞いであります。 例えば気体の温度を一定に保った状態で気体から熱を奪うと、気体が収縮してピストンは気体がある内側に動きます。 これは、気体が熱を奪われたことで圧力が下がったため、外気圧の方が大きくなり、その外気圧由来の力による仕事なので、気体は仕事を「された」ことになりますよね。 ここから先がわかりません。 もし、気体の圧力を一定に保った状態で、気体から熱を奪うと、やはり気体は収縮し、ピストンは内側に動きます。 このときの仕事も、気体が「された」仕事なのだそうですが、一体何の力が仕事をしたのでしょうか。 最初に書いた等温変化の例だと外気圧由来の力が仕事をしたようですが、低圧変化の場合、熱を奪ったあとも圧力は変わりません。 それなのになぜピストンがシリンダーの中で気体の方向へ動くのかがわかりません。 よろしくお願いします。
- ベストアンサー
- 物理学
- 物理 熱、気体、圧力
シリンダーにストッパーがついていてその上にピストンが付いているときは、ゆっくりとシリンダーの中の気体を暖めたときにピストンが上に上がって行くときは圧力は一定にならないのは最初にストッパーでピストンを支えている分だけピストンの重力を考えなくて良いからですよね？ つまり大気圧と気体の圧力がつりあっているからですよね？
- ベストアンサー
- 物理学
- 気体に関して
なめらかに動くピストン付きのシリンダー内に水を入れ、空気を除いて60℃に保った。そのあと、次のような操作を行うと、器内の圧力は何hPaになるか。ただし、いずれの場合も器内に液体が残っていた。 60℃の蒸気圧は200hPa 60℃に保ったままピストンを引き上げて、器内の気体部分の体積をはじめの２倍にした。 答は「液体が存在する限り、器内の圧力はその温度における蒸気圧より200hPa」 となっていますが、「なめらかに動くピストン」で蒸気圧＜大気圧なのだから気体はすべて押しつぶされて存在しないのではないでしょうか？ なぜ「気体部分の体積をはじめの２倍にした。」という操作ができるのでしょうか？ ここでは大気圧を考えないということですか？ よろしくお願いします。
- ベストアンサー
- 化学
- 気体を閉じ込めたピストンの問題
センター試験によく出るような問題なのですが、基本的な事が理解できていないので、中々理解できません。ちょっと例題を書いてみます。 問 図のように（シリンダーが垂直に立てられ、シリンダー内部には突起がついており、ピストンはその突起にひっかかり、それ以上下にはいけない状態になっている）熱伝導が無視できる、シリンダーとピストンがある。シリンダーにはヒーターがついており、内部の気体を熱することが出来る。はじめにシリンダー内部の空気を大気で満たす。このとき閉じ込められた気体の体積はV1であり、絶対温度はToであった。ピストンの断面積をS、質量をM、重力加速度の大きさをｇ、大気圧をpとする。 （１）ヒーターの消費電力を一定にしてゆっくりと加熱していくと、時刻t1にピストンが動き始めた。そのまま加熱を続けたところ、時刻t2には、気体の体積がV2まで増加していた。t1の時の圧力をp1、t2の時の圧力をp2とすると、p1とp2の関係はどうなるか。 という問題です。答えはp1＝p2なのですが、どうして一定なのでしょうか？一定ではつりあったままで動かないのではないですか？僕はいつもこのような問題を見ると、頭の中で「気体の圧力が、ピストンのMｇと大気のpSに勝てば上に上がっていくんだから、この問題ではp2＞p1となればいいんだ！」というように考えてしまいます。どうもここらへんの考えがしっくりこないので、是非アドバイスをお願いします！
- ベストアンサー
- 物理学
- 混合気体だからなの？
体積可変のシリンダーがある。ピストンの質量は無視できる。この中に、窒素と酸素を体積比４：１に入れた。このとき、体積は２７℃で２４，６リットルであった。大気圧は１．０×１０*5paとする。 ２７℃から１２７℃にあげても窒素の分圧は２７℃のときの分圧と等しいのはなんで？いろいろ考えて、混合気体の変化は、温度変化だけではダメなのか？とか、気体の状態方程式でいうとどこが一定の状態かわからなくて・・・・。丁寧に教えてください。（27℃のぶんあつはだせます。）
- ベストアンサー
- 化学
- 混合気体について
混合気体について 高校化学の混合気体について わからないことがあるので質問します。 右のようなピストンつきシリンダーがあり、外気圧はつねに 4.0×10の５乗paである。 この中に一酸化炭素と酸素を封入し、温度を27℃にした しばらく放置すると、ピストンは静止し、内容積は3.0lになった。 これに触媒を加えて点火すると完全燃焼が起こり coはなくなり、反応後の体積は27℃で2.5lになった。 触媒の体積は無視できる。はじめの混合気体中の一酸化炭素と酸素の体積比を求めよ。 o2とcoの体積は合計で3.0lなので 片方の体積を求めて、その差分でもう片方の体積がでる。 答えはco:o2＝1:2 なんです。 ここからなんですが はじめの体積はo2もcoも3.0lなんじゃないかな と思ちゃうんですよね。 でこの参考書にも、上のように思ってしまう人は 150pの図をよく見ましょう、と書いてあるんですが、わかりません これは、 問題を解くとき限定の考え方ですか？ わかりません 教えてください。お願いします。
- ベストアンサー
- 化学
- 物理の問題(気体・状態変化)の解法について
物理の問題(気体・状態変化)の解法について 閲覧ありがとうございます。 物理の問題について解法のご教授頂きたく質問させて貰いました。 (図は自分で書いたので見難い部分があります、申し訳ありません) 断面積Sのシリンダーの中に、シリンダーの上部分からばね定数kのばねで吊り下げられたピストンが付けられている。 ピストンとばねの質量は無視でき、またピストンはシリンダーの中で固定することができ、摩擦無しに動かすこともできるとする。 シリンダーの底面から測ったピストンまでの高さをhとする。シリンダーとピストンは断熱材でできており、それらを通して熱の出入りはない。 ピストンの下側にはモル数nの単原子分子理想気体が閉じ込められており、この気体を熱するための体積の無視できるヒーターが取り付けられている。 ピストンの上側には穴が開いており、このため圧力は大気圧P0に保たれている。 いま、上側の穴をあけたままピストンを静かに放したところ、ばねは自然長のまま、ピストンはh=Lのところで静止した。 この状態を状態[1]と呼ぶ。以下、ピストンの位置は状態[1]における位置から測った上向きの変位xで表す。 気体定数をRとして以下の問いに答えよ。ただし必要ならば単原子分子理想気体の定積モル比熱が3/2Rであることを用いよ。 (1)状態[1]における下側の気体の温度TAを、P0,L,S,R,nを用いて表せ。 (2)状態[1]でピストンを固定してヒーターで下側の気体を熱したところ、下側の気体の圧力はP1となった。 このときの気体の内部エネルギーの増加ΔU1とヒーターが気体に与えた熱量Q1を、P0,P1,L,Sを用いて表せ。 状態[1]でピストンを自由に動ける状態にしてヒーターで下側の気体を加熱したところ、 ピストンはゆっくりx=L(図中でh=2L)の位置まで上昇した。この状態を[2]と呼ぶ。 (3)ピストンの位置がx(図中でh=L+x)のとき、下側の気体の圧力Pを求めよ。 (4)状態[1]から状態[2]に変化した時、下側の気体の内部エネルギーの増加ΔU2と ヒーターが気体に与えた熱量Q2を求めよ。 回答よろしくお願いします。 なにか不備な点があった場合は補足にて追加しますので指摘お願いします。
- 締切済み
- 物理学
- 熱力学における微小量に関する質問
こんにちは。 私は現在熱力学を学んでいる高校生です。 早速質問ですが、たとえば、ピストンの付属された、シリンダーを考えます(ピストンとシリンダーとの間の摩擦は無視）。 気体の圧力をp，ピストンの表面積をAとすると、ピストンを外から押している力Fは F=pA で表せ、このときにシリンダーが外力に押され微少量dlだけ移動したときの仕事は、 (d'w)=F(dl)=pA(dl) と表せます。 私が納得しづらいのはこの次の説明で、 「ところでA(dl)は気体の体積Vの減少-dVに他ならない」 この一文です。 確かに力Fに押されて体積はdvだけ変化してのはわかります。 けれども、dVにマイナスがつく意味が分からないのです。 つまり、「気体の体積の減少dVに他ならない」と、dV自体にマイナスの要素を含ませてしまわない理由が分かりません。 一応数学、物理は好きなので大学一年程度の教科書はある程度読み、d'wやdlなどの記号の意味するところは分かっているつもりだったのですが、これらの微小量は負の値を取ることはないのでしょうか？ 私としては、微小量は「微少量を考える対象を、限りなく小さく分割した極限における"長さ"」のようなものと捉え、よって正の値しかとらない、と解釈したのですが、これでよろしいのでしょうか？ 少し混乱しているため、質問が私の意図している通りに皆様に伝わらないかもしれません。申し訳ないです。
- ベストアンサー
- 物理学
- センター物理 ばね
図3のように真空中に断面積Sのシリンダーが鉛直に置かれている。 シリンダーにはなめらかに動くことができるピストンがはめこまれており、内部には理想気体が閉じ込められている。 ピストンはシリンダー底面とばね定数kの軽いばねでつながれており、ばねは鉛直方向に伸び縮みできる。 シリンダー内にはヒーターが設置されていて、気体を加熱することができる。シリンダーとピストンは断熱性の素材でできており、ピストンの質量、ばねとヒーターの体積および熱容量は無視できるものとする。 はじめ、ばねは自然長からaだけ伸びてピストンは静止していた。この状態からヒーターを作動させて合計Qの熱量をゆっくり気体に与えたところ、最終的にばねの自然長からの伸びは2aになった。この間の気体の内部エネルギーの変化分をΔUとする。 問 はじめの状態における気体の圧力pはいくらか。 解説 はじめの状態でピストンはばねから鉛直下向きに大きさkaの弾性力と気体から鉛直上向きに大きさpSの力を受ける。これらの力のつりあいにより ０＝pS-kaよってp=ka/S となっていたのですが、力のつりあいの式で鉛直下向きにピストンは大気圧を受けないのですか？真空中は大気圧を受けないのですか？
- ベストアンサー
- 物理学
お礼
ご回答ありがとうございます。 たとえピストンにマイナスの力が働いていても、閉じ込められた空気はピストンに対して正の仕事をしている（今回は閉じ込められていない空気のピストンに対する仕事の方が大きい）のですよね？ もしよければまた、ご回答宜しくお願いします。
補足
すみません、間違えました。 たとえピストンにマイナスの力が働いていても、閉じ込められた空気はピストンに対して力が働いている（今回は閉じ込められていない空気のピストンに対する働く力の方が大きい）のですよね？