qH18E　■わかりやすい高校物理の部屋■

　図3のように、なめらかに動くピストンが取り付けられた円筒容器に小さな穴をあけ、穴に栓を差し込んで内部に気体を閉じ込めた。このとき、気体の圧力、体積、温度はそれぞれ P₀ 、V₀ 、T₀ であった。
　栓は、容器内部の気体の圧力が P_A（P_A > P₀）以下のときは差し込まれたままだが、P_A より大きくなると容器からはずれるようになっている。容器は熱をよく通し、外部の温度を変化させることにより、内部の気体の温度を変化させることができる。
　次の二つの操作について考える。

操作(ア)：	図3の状態から、気体の温度を `T`₀ に保ったまま、栓がはずれるまでピストンをゆっくり押し込む。
操作(イ)：	図3の状態から、ピストンを固定して、栓がはずれるまで気体の温度をゆっくり変化させる。

（問6）操作(ア)を行ったとき、栓がはずれる直前の容器内部の気体の体積を式で表わせ。

（問7）操作(ア)、操作(イ)のそれぞれについて、容器の内部と外部の間での熱の移動を表す記述の組合せとして最も適当なものを、次の①～⑨のうちから一つ選べ。

	操作(ア)	操作(イ)
①	内部から外部へ移動する	内部から外部へ移動する
②	内部から外部へ移動する	外部から内部へ移動する
③	内部から外部へ移動する	移動しない
④	外部から内部へ移動する	内部から外部へ移動する
⑤	外部から内部へ移動する	外部から内部へ移動する
⑥	外部から内部へ移動する	移動しない
⑦	移動しない	内部から外部へ移動する
⑧	移動しない	外部から内部へ移動する
⑨	移動しない	移動しない

#センター12本試

（問6）
栓がはずれる直前の気体の体積を V₁ と置きますと、栓がはずれるまでは気体は外に漏れない（質量は変わらない）ので、ボイル⋅シャルルの法則が成り立ち、

　　　　\(\large{\frac{P_0V_0}{T_0}}\) = \(\large{\frac{P_AV_1}{T_0}}\)　　（題意より T₀ は変化せず）

　∴　　P₀V₀ = P_AV₁

　∴　　V₁ = \(\large{\frac{P_0}{P_A}}\)V₀

温度と質量が一定のとき、体積は圧力に反比例します。ボイルの法則のことです。

（問7）
操作(ア)
気体が圧縮されると、分子のスピードが増します。分子のスピードというのは熱のことです。この分子が壁を叩いて壁を揺らし、壁が外部の分子を揺らします。外部の分子のスピードが上がるということです。つまり、熱は内部から外部へ移動します。

操作(イ)
ピストンを固定しているにもかかわらず栓がはずれるということは圧力が上がるということであり、そうするためには、
外から熱を加えなければなりません。つまり、熱は外部から内部へ移動します。

答えは ② です。