大学の熱力学の問題です。

質問

（１）定積比熱がC(T) = A + BT で与えられる物質がある(A;B > 0)。これを２つ用意
し、それぞれ温度T1; T2（ただしT1 > T2) にした後で２つを断熱材で覆って体積一
定のまま放置した。十分時間がたったあとの２つの温度を求めよ。
（２）定積比熱が広い温度範囲でC(T) = A/T で与えられる物質がある。これを２つ用意し
て（１）と同じ実験を行なったとき到達する温度を求めよ。
（３）単原子分子NA 個よりなる理想気体A と２原子分子NB 個よりよりなる理想気体B
がひとつのシリンダー（体積V) に密閉されている。シリンダーは熱を通すピストン
で２つに仕切られている。　はじめ気体A は温度T1, 気体B は温度T2 で（ただし
T1 > T2) ピストンは固定されていた。シリンダー全体を断熱材で覆ってピストンの
固定をはずし十分時間がたった後の理想気体A の内部エネルギーを求めよ。ただし
単原子（２原子）分子理想気体の比熱は一分子あたり3/2kB( 5/2kB) であることを利用
せよ。

回答No.2

jamf0421 · ベストアンサー

(1)Aが放熱したのをBが受け取ります。定積での熱の移動は∫CvdTです。比熱がJ/K/molで与えられたとしたらA, Bは等モルと考えます。
-∫(T1→T)（A+BT)dT=∫(T2→T)(A+BT)dT・・・(1)
です。これより
-A(T-T1)-(1/2)B(T^2-T1^2)=A(T-T2)+(1/2)B(T^2-T2^2)
BT^2+2AT-AT1-AT2-(1/2)BT1^2-(1/2)BT2^2=0・・・(2)
を得ます。これを解けば
T=(-2A±√2√Δ)/2B・・・(3)
となります。ここで
Δ=(T1^2+T2^2)B^2+2(T1+T2)AB+2A^2・・・(4)
です。(3)の±でマイナスと採るとTが負になるのでプラスを採ります。
(2)上と同じやり方で
-∫(T1→T)(A/T)dT=∫(T2→T)(A/T)dT・・・(5)
-Aln(T/T1)=Aln(T1/T)=Aln(T/T2)
T1/T=T/T2
T=±√(T1T2)・・・(6)
です。プラスマイナスありますが、勿論プラスの方を採ります。
(3)理想気体の内部エネルギーは温度（とモル数）だけで決まります。初期状態ではkをBoltzmann定数として
Ui=(3/2)kNaT1+(5/2)kNbT2・・・(7)
終りの状態では
Uf=(3/2)kNaT+(5/2)kNbT・・・(8)
です。エネルギーはこの過程で外部には逃げませんからUi=Ufです。これより
T={(3/2)NaT1+(5/2)NbT2}/{(3/2)Na+(5/2)Nb}・・・(9)
を得ます。終状態でのAの内部エネルギーは
Ua=(3/2)kNaT
=(3/2)kNa{(3/2)NaT1+(5/2)NbT2}/{(3/2)Na+(5/2)Nb}・・・(10)
ということになります。

お礼

ありがとうございました！
またお願いします！

回答No.1

uen_sap

アレレ基礎の基礎

1) A*(T1-Tm) + B/2 * (T1^2-Tm^2)=A*(Tm-T2)+ B/2 * (Tm^2-T2^2)
要するに移動したエネルギー量を同じとしたわけです。
これをTmについて解けば良い。

以下略