例題集

理想気体の性質と状態変化(6) 等温変化

適用レベル   難易度: ★★★
$p--V$線図を参考に等温変化についての次の問いに答えよ. %=image:/media/2015/01/22/142192361853475300.png: $(1)$ 等温変化における絶対仕事$W_{12}$が次式で表されることを証明せよ. \[W_{12}=p_1V_1\ln\frac{p_1}{p_2}\] $(2)$ 等温変化における受熱量$Q_{12}$と工業仕事$L_{12}$は, それぞれ絶対仕事$W_{12}$に等しくなることを熱力学の第一法則を利用して証明せよ.
$(1)$ \[ 等温だから\hspace{10mm} pV=C=p_1V_1=p_2V_2 \Longrightarrow p=\frac{C}{V}\] \[W_{12}=\int_1^2pdV=C\int_{V_1}^{V_2}\frac{dV}{V}=C\ln\frac{V_2}{V_1}=p_1V_1\ln\frac{V_2}{V_1}\] \[ここでp_1V_1=p_2V_2より\frac{V_2}{V_1}=\frac{p_1}{p_2}\] \[\therefore W_{12}=p_1V_1\ln\frac{p_1}{p_2}\hspace{15mm}\\ 証明終わり\] (2) \[Q_{12}=\Delta V+W_{12}=mc_v\Delta T+W_{12}\] \[等温だから\hspace{10mm}\Delta T=0\hspace{10mm}\therefore Q_{12}=W_{12}\hspace{10mm}\\ 証明終わり\] \[Q_{12}=\Delta H-L_{12}=mc_p\Delta T+L_{12}\] \[等温だから\hspace{10mm}\Delta T=0\hspace{10mm}\therefore L_{12}= Q_{12}=W_{12}\hspace{10mm}\\ 証明終わり\]