ソクマル高卒認定(科学と人間生活)

問5 蒸気機関やガソリンエンジンでは,熱を利用して仕事を連続的に取り出している。…

(1 ・2 のどちらか1 題を選び解答する) 熱について,問1 ~問5 に答えよ。 図の装置では,左右のおもりが落下するとき,回転軸に取り付けられた回転翼を回転させる。 回転軸に取り付けられた回転翼は熱量計内の水をかき回し,水の温度を上昇させる。おもりが落 下するときに重力がした仕事と水の温度上昇に使われた熱量の関係を確認することができる。 おもり 回転軸 熱量計 回転翼 図 物体の温度は,原子・分子の運動に深く関係している。物体を構成する原子・分子が,無秩序 に動き続けることを ア という。温度は ア の激しさを表すものである。温度の決め方 の中で,1 気圧のもと,水が氷になる温度を0 度,水が沸騰する温度を100 度とするものを イ という。
問5 蒸気機関やガソリンエンジンでは,熱を利用して仕事を連続的に取り出している。このよ うな装置を熱機関という。熱機関は,高い温度の物体から熱量Q1 を得て,低い温度の物体 へ熱量Q2 を放出し,その熱量の差を仕事に変える。ある熱機関が80 J の熱量を得て60 J の熱を放出した。この熱機関の熱効率として正しいものを,次の1 ~4 のうちから一つ選 べ。

解説

正解は2です。熱機関の熱効率は、取り出せた仕事を、受け取った熱量で割って求めます。ここでは80Jを受け取って60Jを捨てているので、仕事は差の20Jです。したがって熱効率は20÷80で0.25、つまり25パーセントとなります。捨てる熱をゼロにはできないため、熱効率が100パーセントになる熱機関は作れません。
出典:文部科学省ホームページ(https://www.mext.go.jp/a_menu/koutou/shiken/kakomon/1411255_00005.htm)を加工して作成

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