理科学習指導資料高等学校「理科2」の指導-108/139page

(2)各行程における力学的仕事を求める。

　A→B　W_AB＝0
　B→C　W_BC＝P₂(V₂−V₁)
　C→D　W_CD＝0
　D→A　W_DA＝P₁(V1−V₂)
　注:分銅をのせた場合はピストンと共に,位置エネルギーの増減も計算に入れて考えさせた方がよい。
∴ΣW＝(P₂−P₁)(V₂−V₁)〔J〕

(3)ΣQ の式に,空気の Cv, Cp を理科年表より見て代入し,値を求めよう。

(4)ΣW の値を求めよ。

(5)(3)と(4)の値を比較する。単位もそろえてみよう。

(6)このことからどんなことが言えるか。

(7)マイヤーが実験した当時,知られていた値は次のようであった。
　 Cp＝0.267〔cal/g・K〕
　{ Cv＝0.188〔cal/g・K〕
　 空気の密度0゜のときζ＝0.0013〔g/cm³〕

当時の値を用いて熱の仕事量 J の値を求めよう。
　　Qp＝Cpζ＝0.267×0.0013＝3.47×10⁻⁴〔cal/K・cm³〕
　　Qv＝Cvζ＝0.188×0.0013＝2.44×10⁻⁴〔cal/K・cm³〕
　W＝P・△V＝1.013×10⁵×1/273×10⁻⁶＝3.60×10⁻⁴〔J/K・cm³〕
　J(Qp−Qv)＝WからJを求めると当時の値がわかる。
　　　J＝W/(Qp−Qv)＝3.5

(8)ΣQを理想気体の状態方程式を用いて展開してみよう。(気体の比熱を mol 比熱で表わすとよい)
　ΣQ＝ΣWのとき
　Cp−Cv＝Rになることがわかる。これをマイヤーの法則とよんでいる。

(9)誤差を防ぐ方法として次のような装置にしてはどうか,といった工夫をしてみよう。
　(生徒から出されると思われる方法例)(図4)

(10)実験データ例とその処理
◎測定するもの
　1)注射器ピストンの質量　M＝25.0×10^−3〔kg]
　2)　　〃断面積　　　　　S＝2.50×10^−4〔m2〕
　3)　　〃摩擦力　　　　　F＝5.0×10^{−3〔kgw〕}
　4)気圧P_l＝1013mb　　気温T_A＝293.0〔K〕
　　　　　＝1.034kgw/cm²
　　　　　＝1.013×10⁵N/m²

図4