高校物理、ボイルの法則の実験

質問

まだ初心者で、物理の基本的な知識がないため、変な事を言っているかもしれませんが、どうかお付き合いください。

（教科書とサイトを参考に作ったまとめ文章）
容器に気体を入れ、ピストンを引くと、（＝熱を加える）、温度は上昇するが、そのまま放っておくと、熱平衡で一定の温度になるから、気体の温度は変化せず、熱力学第一法則から考えると、Q=⊿U＋Wのうち、⊿U（内部エネルギーの変化）は０で、気体に加えた熱量（Q)が全て、気体がする仕事（W)に使われたこととなる。また、このとき、気体の体積が上昇しているから、ボイルの法則より、気体の圧力は減る。
（疑問）
(1)まず、温度は上昇すると書いたが、外から熱エネルギーを加えたから、（＝ピストンを引いた）、温度は上昇するのか?（減りそう、と思ってしまう。では、ピストンを押すとどうなるのか?）
(2)私の考えたまとめの文章の因果関係は正しいでしょうか?

回答No.1

NemurinekoNya · ベストアンサー

こんばんは。

外部とシリンダー内の熱の出入りがあるんですよね。

引っ張るということは、シリンダーの体積ΔVが増加する。ΔV>0
シリンダー内の圧力をpとすると、気体が外部にする仕事Wは
　ΔW = pΔV > 0
シリンダー内の気体は、外に正の仕事をするワケだから、エネルギーを失う。
外との熱の出入りがない（断熱）状態、つまりΔQ = 0ならば、熱力学の第一法則より
　ΔU = -W < 0
内部エネルギーが減少するのだから、温度は下がります。
同様に圧縮の場合は、体積が減少するのだから、外にする仕事ΔW < 0
　ΔU = -W > 0
なので、温度は上昇します。
いいですか、今したのは熱の出入りがない断熱状態の話ですよ。熱の出入りがあった場合は、この限りではありませんよ。

では、熱の出入りがある場合のはなしです。
　ΔQ = ΔU + ΔW
　ΔU = ΔQ - ΔW
ΔQ = ΔWであるならば、ΔU = 0なので、シリンダ内のガスの温度は上昇しません。
ジワジワと膨張（圧縮）させると、温度が下降（上昇）するかもしれませんが、熱が外(シリンダー内のガス）からシリンダー内のガス（外部）へ流れて、熱平衡の状態となり、一定の温度になります。

お礼

理解できましたが、もう１つ気になる部分がございますので、再質問してもよろしいでしょうか?