センター2017物理基礎追試第１問 問５「熱力学第１法則」

問題の中に図が無いので，イメージしやすいようにピストンのついた断熱容器と，ついでに熱を加えたところまで図を描いてみるよ。

なかなか鋭いね。確かに断熱容器の外から熱を加えることはできないね。だから，容器の中に電熱線を入れておいて，電流を流すと容器内の気体に熱が加わるという感じかな。

まぁとにかく，気体に熱が加わると，気体の体積は減少するかな？増加するかな？

ピストンは「なめらかに動く」と書いてあるしね。

体積の変化と仕事の関係は分かるかな？

気体が仕事をしたのか，気体が仕事をされたのか，ということだよ。

そうだね。気体の体積が増えていたら，かならず気体は仕事をしたことになるんだ。例えば誰かがピストンを引っ張った結果，気体の体積が膨張しても，気体は仕事をしたって考えるんだ。

違うんだよ。とにかく，気体の体積が増えていたら気体は仕事をしたと考えるんだ。

あと問題文には，気体の内部エネルギーが増加したって書いてあるね。図で表すとこんな風になるよ。

その通り！

確かに分かりにくいよね。熱力学第１法則の式が２種類あるような感じがするからだね。

熱力学第１法則はもちろん１つの式で表せるんだけど，気体が仕事をしたのか，されたのかで２種類あるような感じがするんだ。気体が仕事をした場合はこんな感じ。

一方，気体が仕事をされた場合はこんな感じ。

そうなんだよ。並べてみるとこんな感じになるよ。

そうなんだよ。ややこしく感じるかもしれないけど，式と図や文章を合わせて理解できれば，そんなみ難しいことではないよ。この問題ではどう考えたらいいかな。

実際はどちらの考え方でも答えは出るんだけど，今はそっちの方が良いよね。図に数値を入れてみようか。

いいね。そのまま式に入れて計算してみよう。

その通りだ。答えは⑥だね。