大学入学共通テスト（理科） 過去問
令和5年度（2023年度）本試験
問71 (物理（第1問） 問2（1）)

解答　a: 変化するがもとの値に戻る

解説

「サイクルを一周する間、気体の内部エネルギーは（　a　）。」

の穴埋め問題です。

理想気体ではpもVも同じ値の状態であれば

内部エネルギーは同じ値なので(補足参照)、

サイクルを一周すると正味の内部エネルギー変化はゼロになります。

サイクルを一周する間に温度が変化している(A→Bで温度が低下している)

ので途中で内部エネルギーは変化しています。

よって答えは　a: 変化するがもとの値に戻る　となります。

【補足】

・理想気体の状態方程式: pV=nRT

・粒子数が変動しないとき、理想気体の内部エネルギーは温度のみで決まる

より

「圧力と体積の積pVが等しい」

⇔「温度Tが等しい」

⇔「内部エネルギーUが等しい」

この問題では、理想気体が A → B → C → A と一周して元の状態に戻るサイクル変化を考えます。理想気体の内部エネルギーは温度だけで決まる状態量であるため、1周期後の内部エネルギーは初めと同じになります。