問91 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。
1 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。
2 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。
3 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。
4 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。
5 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。
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■ 正解
1 2
■ 解説
● ポイント1
熱力学第一法則は、エネルギーの保存に関する法則であり、内部エネルギーの変化は系に加えられた熱量と外界からされた仕事の和で表されることを示しています。
● ポイント2
定温過程では、温度が一定に保たれるため、系に加えられた熱量はすべて仕事に変換されることができます。これにより、内部エネルギーの変化はゼロとなります。
● ポイント3
断熱過程では、熱の出入りがないため、体積が増加すると内部エネルギーは減少することが一般的です。したがって、この選択肢は誤りです。
■ 選択肢ごとの解説
1：正しい。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ため、正しい記述です。
2：正しい。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ため、正しい記述です。
3：誤り。断熱過程において体積が増加すると、内部エネルギーは減少することが一般的です。
4：誤り。内部エネルギー変化は状態関数であり、経路に依存しないため、熱と仕事は経路関数ではありません。
5：誤り。不可逆過程ではエネルギー損失があるため、可逆過程の方が外界に対してする仕事は大きくなります。
■ ポイント整理
- 熱力学第一法則はエネルギーの保存を示す。
- 定温過程では、加えられた熱量はすべて仕事に変換される。
- 内部エネルギー変化は状態関数であり、経路に依存しない。
■ 関連知識
- 熱力学の基本法則についての理解。
- 状態関数と経路関数の違い。
- 可逆過程と不可逆過程の特性。
