熱力学と力学ピストンの釣り合いに関する問題攻略

こんにちは。Horyです。

前回の記事に引き続き、今回の記事でも問題攻略を行います。

今回の問題はシリンダー内のピストンの釣り合いに関する問題で熱力学と力学の融合問題になっている側面があります。

まぁ、この問題は応用問題としてたまに出てくることがあるので知っておいて損はないと思います。

今回も頑張りましょう。

ピストンの釣り合い問題

早速ですが、今回の記事で取り組む問題になります。

この問題を例に解説します。頑張りましょう。

ちなみにですが、簡単のために（３）と（４）では（２）のP1をそのまま使って良いモノとします。

問題を解く前の下準備からになります。まずは、この問題の主役と仕事の正負を定義します。

ここで、各状態でのピストンの力の釣り合いを図示してみます。

これで下準備は完了です。

熱力学第一法則を用います。

問題は仕事に関してデス。

仕事とは前回の記事でも話しましたが、変化前後における圧力を体積で積分したものです。

今回は圧力が一定ではないのでP2とP1の関係を調べて図示します。

横軸を自然長からのバネの縮みで、縦軸を力(圧力×面積)として図示します。