💡 ヒント：🌡️ 熱力学（ピストン）

📋 問題の状況を整理しよう

直感的理解

シリンダー内の気体をピストンで圧縮・膨張させる問題です。ピストンの力のつり合い → 気体の圧力 → 状態方程式 → 熱量という順で解きます。

✏️ 求めるもの

ピストン位置・気体の圧力・温度・気体がした仕事・吸収した熱量などを問われます。

🔬 シミュレーションで体感

👀 観察のポイント

スライダーやボタンで条件を変え、どの量が連動して変化するか観察しよう
図中の矢印・色分けの意味を確認して、物理量の向き・符号を意識しよう
右上のヒントパネルにある関係式が、実際にどう成り立っているか手を動かして確かめる

💡 考え方のヒント

🔧 使う道具

状態方程式：\(pV = nRT\)
熱力学第1法則：\(Q = \Delta U + W\)
ピストンのつり合い：\(p_{\text{気体}}S = p_0 S + Mg + (\text{ばね力など})\)
ばね付きの仕事：\(W = p_{\text{平均}}\Delta V + \tfrac{1}{2}k(\Delta x)^2\) の形になることも

ピストンに働く力を図示：気体の圧力・大気圧・重力・ばねの力など、すべて書き出す。
つり合いから気体圧を出す：ピストンが静止 or 等速移動 → 力のつり合いで気体圧が決まる。
状態方程式：\(pV = nRT\) で温度・体積・圧力を結ぶ。
熱量は第1法則で：\(Q = \Delta U + W\) を立てる。\(W\) は p-V 図の面積。

注意

「気体が外にする仕事」 \(W\) と「ピストンが気体に対してした仕事」は符号が逆。ばねが伸縮する場合は、気体の仕事の中にばねの位置エネルギー変化が含まれる形になる。