• ベストアンサー

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?

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
回答No.2

大気圧+ピストンの重力と、気体圧力+ストッパーからの抗力が釣り合っているからです。気体圧力が上がるとストッパーの抗力が小さくなることで調整できるので、はじめは気体圧力が上がってもピストンは動きません。ストッパーの抗力が0になって釣り合いが保てなくなるとピストンは上がり出します。

arutemawepon
質問者

お礼

御返答有難うございます

arutemawepon
質問者

補足

つまり最初のストッパーが上がっていないときの気体の圧力よりピストンが上がって移動が止まった後の気体がピストンを押し上げる圧力では移動後の気体がピストンを押し上げる圧力の方が大きいという事ですよね?

その他の回答 (3)

回答No.4

>ストッパーの抗力は無くなるので大気圧とシリンダーの重力を合わせた力を >ピストンを押す力とがつりあるわけだから 日本語がおかしいのはタイプミスだと好意的に解釈するとして、釣り合うとは 限らないぞ。今回は近似の話は出ないのか?

arutemawepon
質問者

お礼

御返答有難うございます

arutemawepon
質問者

補足

ピストンが移動し始めて止まったとき、ピストンに働く力は大気圧とピストンの重力を合わせた力とピストンを下から押し上げる気体の圧力がつりあっています 最初のピストンが移動する前ではピストンにかかる重力と大気圧を合わせた力とストッパーの抗力とピストンを下から押し上げる圧力の和がつりあっています、ピストンが移動するとストッパーの抗力は無くなり、つりあって止まるという事はピストンを上から押す力は移動前と同じ大気圧とピストンの重力の和なのでピストンを下から押し上げる気体の圧力は移動後の方が大きいと分かります

回答No.3

>だからストッパーが上がっていくと ストッパが動くとは知らなかったよ。

arutemawepon
質問者

お礼

御返答有難うございます

arutemawepon
質問者

補足

ピストンが動くです

回答No.1

>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? これはピストンがどんな状態にある時のこと? (1)ピストンがストッパを離れて上に移動しているとき ピストンの質量があるのだから、大気圧とシリンダの内圧は 当然釣り合わない。 (2)ピストンがストッパに接しているとき ストッパがピストンを支える力と、ピストンにかかる重力が等しいとは限らない。 従って、大気圧とシリンダの内圧が釣り合っているとは限らない。

arutemawepon
質問者

お礼

御返答有難うございます

arutemawepon
質問者

補足

>大気圧とシリンダの内圧は当然釣り合わない。 ストッパーがあるときは大気圧とピストンの重力を合わせた力がストッパーの抗力と気体がピストンを押す圧力を合わせた力がつりあっていたわけですよね だからストッパーが上がっていくとストッパーの抗力は無くなるので大気圧とシリンダーの重力を合わせた力をピストンを押す力とがつりあるわけだから最初の気体の圧力より後の気体の圧力の方が大きいと言うわけですよね?

関連するQ&A

  • センター物理 熱

    シリンダーの中にヒーターとピストンがあってシリンダーの中の気体をヒーターでゆっくり暖めるとピストンが最初の体積の2倍まで動いた時気体の圧力って一定なのですか? それは大気圧が関係しているらしいのですが、ヒーターでゆっくり暖めることも関係していますか?急激に温度を上げたりしたら圧力は変わりますか?

  • 物理 熱

    この図の体積がV[1]の所にあるヒーターをゆっくり暖めるとピストンがゆっくりと移動して体積が倍になったのですが、この時の圧力と言うのはどうなるんですか?A,Bはピストンで質量は両方m[kg]とします V[2]の所のピストンAにかかる力は上から大気圧とAの重力で大気圧をp[0],Aにかかる気体の圧力をp[a]とするとp[0]+mg=p[a]が成り立ちますよね、Bも暖める前はBに掛かる気体の圧力をp[b]とするとmg=p[b]が成り立ちますよね、ヒーターでゆっくりと暖めると圧力は一定とあったのですが、これはBに掛かる気体の圧力が一定の状態でBが上に上がっていくと言う事ですか?ピストンBが上がるとV[1]が倍になるのでV[1]にあった気体の圧力は小さくなりますよね?これをp[B]とするとp[b]>p[B]となるので上がったピストンは又下がり始めると言うことですか?Aに掛かる圧力もBが上がってくるとV[2]が小さくなってAに掛かる気体の圧力は上がるのでAは上に上がっていくという事ですか?

  • 物理 熱・ピストン

    物理で理解できない問題があります。 断熱壁でできた断面積0.025m^2の円筒状の管が垂直に立てられている。 円筒の内側には、高さ1.0mの位置にストッパーが付いている。 その上に断熱材のピストンが乗っている。 ピストンと円筒で囲まれた内部(Aとする)には、単原子分子の理想気体1molがある。 大気圧は1.0×10^5N/mで重力加速度は9.8m/s^2で気体定数は8.3J/mol・Kとする。 はじめ、Aは大気圧と同じ圧力であった。 Aに熱を加えてその温度が313Kになったとき、ピストンが浮きはじめた。 ピストンの質量を求めよ。 解答はつりあいで考えているんですけど、動き始めたならつりあってない気がします。 それとも、動き始める直前のAの圧力と大気圧とピストンの重力がつりあうのでしょうか? 回答よろしくお願いします。

  • 物理(熱学)

    シリンダー内に定積モル比熱が2分の3Rの理想気体が2.0mol閉じ込められている。シリンダーには滑らかに動くピストンがついている。シリンダーとピストンは断熱材でできている。最初、気体は圧力1.0×10の5乗Pa、温度300Kの状態にある。 (a)最初の気体の体積はいくらか? (a)の答えは、5.0×10の-2乗とわかっているんですが、解き方がわかりません。教えてください。

  • 物理(熱学)

    シリンダー内に定積モル比熱が2分の3Rの理想気体が2.0mol閉じ込められている。シリンダーには滑らかに動くピストンがついている。シリンダーとピストンは断熱材でできている。最初、気体は圧力1.0×10の5乗Pa、温度300Kの状態にある。この問題で使う公式を教えてください。

  • 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。

  • 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!

  • 物理Iの気体の圧力に関する問題

    物理Iの教科書に載ってあった問題です。 断面積がS[m2]の円筒容器を垂直に立て、その上に質量m[kg]のピストンをのせて気体を密封した。ピストンはなめらかに動けるものとし、大気圧をp[Pa]、重力加速度の大きさをgとして、容器内の気体の圧力を求めよ。 答えは P+mg/S[Pa] となっています。 しかし、解き方が分かりません。この問題はどうやって解けばよいのでしょうか?

  • 物理 圧力

    図のように容器A,Bに気体を閉じ込め、なめらかに動くピストンを硬い棒でつなぎ水平面に固定した。 この場合、ピストンが動いても容器AとBの気体の体積の和は一定である。 最初、A、B容器内の気体の温度は同じであり、体積はそれぞれ10,0m3、 5,0m3であった。 容器Aの温度を変えずに容器Bの温度を上げて、容器AとBの体積が同じになるようにした。 このとき容器Aの圧力は最初の圧力の何倍になっているか。 解答がないのでどうやって解いたら良いのかわからなくて困ってます。 解説していただけたらうれしいです。よろしくお願いします。

  • 高校物理 熱

    なめらかに動く軽いピストンが付いたシリンダーの中に、分子の数が6.0×10^23個の理想気体が閉じ込められている。閉じ込められた気体の内部エネルギーが4.2×10^3Jのとき、ただし、ピストンとシリンダーの壁は熱を通さないものとする。 ピストンを押して気体を圧縮したところ、気体の内部エネルギーは6.3×10^3Jになった。 この圧縮を行った後、閉じ込められた気体の絶対温度は、最初の温度の何倍か。 この問題はどうやって考えればいいでしょうか? 答えには1.5とあり (6.0×10^23)/(4.2×10^3J)=1.5 で1.5という数字を導けますが考え方などがわかりません.... 回答宜しくお願いします