今回の問題
thermodynamicsall#12【設問別解説】考え方から計算プロセスまで徹底ガイド
この問題のテーマは「気体の状態変化と力のつりあい」です。
問題を解く上で鍵となる物理法則や概念は以下の通りです。
- 気体の法則の使い分け: 問題の条件（圧力一定、温度一定など）に応じて、シャルルの法則やボイルの法則を適切に選択して用います。
- 力のつりあい: 物体が静止しているとき、その物体に働く力のベクトル和はゼロになります。気体がピストンを押す力は \(F=PS\) で計算されます。
基本的なアプローチは以下の通りです。
- (1)では、ピストンが自由に動くことから内部の圧力が大気圧で一定であること（定圧変化）を見抜き、シャルルの法則を適用して温度変化後の気体の長さを求めます。
- (2)では、まず温度一定のままピストンを動かすので、気体AとBがそれぞれ等温変化することからボイルの法則を用いて変化後の圧力を求めます。次に、連結されたピストンに働く力のつりあいの式を立て、加えた力を計算します。