問題閉じた系の気体に外部から 500 kJ の熱を加えたところ、気体は膨張して外部に 200 kJ の仕事をした。熱力学第一法則により、この間の内部エネルギーの変化 ΔU [kJ] はどれか。
- a+700 kJ
- b+300 kJ
- c−300 kJ
- d+200 kJ
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正解：b. +300 kJ
正解は「+300 kJ」。閉じた系の第一法則は Q = ΔU + W である。Q = 500 kJ、W = 200 kJ なので ΔU = Q − W = 500 − 200 = +300 kJ となる。加えた熱のうち、仕事として出ていった分を除いた残りが内部エネルギーの増加になる。「+700 kJ」は誤り。外部にした仕事を加えている。気体が外部にする仕事は系のエネルギーを減らす向きなので、差し引く。「−300 kJ」は誤り。符号を逆にしている。加えた熱の方が仕事より大きいので、内部エネルギーは増加する。「+200 kJ」は誤り。外部にした仕事の大きさを内部エネルギーの変化と取り違えている。
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