共通テスト物理2022年度／第１問（小問集）解説その２
共通テスト物理2022年度／第１問（小問集）解説その１の続き
２０２２年度共通テスト 物理 第１問 問４〜
問４（気体の仕事）解説
理想気体が容器内に閉じ込められている。図４は、この気体の圧力ｐと体積Vの変化を表している。はじめに状態Aにあった気体を定積変化させ状態Bにした。次に状態Bから断熱変化させ状態Cにした。さらに状態Cから定圧変化させ状態Aに戻した。状態A,B,Cの内部エネルギーUA、UB、UCの関係を表す式として正しいものを、次の①〜⑧のうちから一つ選べ。
引用元:2022年度共通テスト物理 第１問 問４
内部エネルギーUは
より、温度Tによって決定する。
まず、状態方程式 PV＝ｎRT より、PVとT は比例関係にあるので、PとVの積が一番小さいAの温度が最も低い。
つまりUAが一番小さい。
次にB→Cの断熱変化について考える。
熱力学第一法則Q＝⊿U＋W においてQ＝０より、⊿U＝ーW
Ｂ→Ｃでは気体は仕事をしているので、⊿U＜０、つまりUB＞UCとなる。
したがって問４の答はUA＜UC＜UBの②
問５（電流と磁場）解説
図５のように、空気中に十分に長い２本の平行導線（導線１，導線２）をｘｙ平面に対して垂直に置き、同じ向き（図５の上向き）に電流を流す。それぞれの電流の大きさはI1とI２、動線の間隔はｒである。このとき、導線１の電流が導線の位置につくる磁場の向きは（ア）である。また、この磁場から導線２を流れる電流が受ける力の向きは（イ）であり、導線２の長さｌの部分が受ける力の大きさは（ウ）である。ただし、空気の透磁率は真空の透磁率と同じμ０と同じとする。
引用元:2022年度共通テスト物理 第１問 問５
右ねじの法則より、導線１周りには図中の赤線のように同心円状に磁場ができる。
導線２の部分の磁場の向きはこの円の接線方向になるので、（ア）の答は（C）
この磁場から導線２を流れる電流が受ける力の向きは、フレミングの左手の法則より（ｄ）
導線１が導線２の位置につくる磁場の強さH、磁束密度Bはそれぞれ
導線２の長さｌの部分が受ける力の大きさは
となる。したがって問5の答は⑦
共通テスト物理2022年度／第２問（物体の運動）解説その１に続く
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