理想気体からなる閉じた系における熱力学第一法則に関する記述として、正しいのはどれ…
理想気体からなる閉じた系における熱力学第一法則に関する記述として、正しいのはどれか。2つ選べ。
- ⑴ 定温過程において、系に加えられた熱量はすべて系がする仕事になる。理想気体の定温過程ではΔU＝0となり、加えた熱はすべて系がする仕事になるので正答です。
- ⑵ 内部エネルギー変化は、系に加えられた熱量と系が外界からされた仕事の和で表される。第一法則ΔU＝q＋wを表しているので正答です。
- ⑶ 断熱過程において、系の体積が増加すると内部エネルギーも増加する。断熱過程（q＝0）で体積が増加すると系が外界へ仕事をするため、内部エネルギーは減少します。
- ⑷ 内部エネルギー変化は経路関数である熱と仕事からなり、それ自体も経路関数である。熱と仕事は経路関数ですが、その和である内部エネルギー変化は状態関数です。
- ⑸ 系が外界に対してする仕事は、不可逆過程の方が可逆過程より大きい。系が外界にする仕事は可逆過程で最大となり、不可逆過程の方が小さくなります。
解説
正解は⑴と⑵です。熱力学第一法則は ΔU＝q＋w（qは系に加えられた熱、wは系が外界からされた仕事）で表されます。理想気体の内部エネルギーは温度だけで決まるので、定温過程ではΔU＝0となり、加えた熱はすべて系がする仕事に変わります。断熱膨張では系が仕事をする分だけ内部エネルギーが減少し温度が下がります。内部エネルギーは状態関数であり、外界にする仕事は可逆過程で最大になります。
出典：厚生労働省ホームページ（https://www.mhlw.go.jp/stf/seisakunitsuite/bunya/0000198928.html）を加工して作成