熱力学の得点力を決めるのが「気体の状態変化」です。定積・定圧・等温・断熱の4つの変化を整理し,状態方程式と熱力学第一法則の組み合わせで,どんな問題も同じ型で解けるようになります。
このページは,当サイトの気体の状態変化シリーズを学習順に整理したまとめページです。7記事+要点整理で体系的にマスターできます。
気体の状態変化マスターへの3ステップ
Step1 4つの状態変化を整理する
定積・定圧・等温・断熱。それぞれの変化で「何が一定で,何が0になるか」を1つずつ確認します。すべての土台になるステップです。
Step2 断熱変化を深掘りする
断熱変化で成り立つポアソンの法則と,混同しやすい「断熱自由膨張」の違いを理解します。
Step3 問題へのアプローチを固める
状態変化の問題を解く手順を型として身につけます。総仕上げのステップです。
気体の状態変化の要点まとめ
4つの状態変化の整理
以下の表を瞬時にかけるようにしましょう!!
よくあるつまずきポイント
断熱変化と断熱自由膨張は何が違う?
断熱自由膨張は真空へ広がる変化で,気体は仕事をせず($W=0$),温度も変わりません。ポアソンの法則は成立しないので,「断熱」という言葉だけで飛びつかないよう要注意です。
仕事の符号がすぐ混乱します。
「気体がした仕事」か「気体がされた仕事」か,主語を毎回確認するのが唯一の対策です。$P\stext{-}V$ グラフの面積で大きさを求め,膨張なら気体がした,圧縮ならされた,と向きを判断しましょう。
等温変化と断熱変化のグラフの見分けは?
同じ点を通るとき,断熱変化の方が急な曲線になります。断熱圧縮では温度が上がる(等温線を横切って上へ)とイメージすると覚えやすいです。
さらに演習を積みたい人へ
気体の状態変化は,東大をはじめとする難関大入試の頻出テーマです。基本をマスターしたら,過去問ベースの問題集で仕上げの演習を積みましょう。
東大過去問演習の定番
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