これは、試験当日捨てようと思った問題です。しかし、悔しいので藤田塾の解説を参照しながら解いてみました。
さらに、AIに下記の質問をしました。
この問題で、試されている能力は？
【前提】「試されている能力」を、この問題を解くのに必要な知識や考え方と解釈しました。
主に試されているのは、熱力学第一法則を「定積」と「定圧」で使い分ける力です。
- 定積と定圧の区別：容器Aは体積一定なので仕事をせず、失う熱は Cv×ΔT です。容器Bは圧力一定で膨張して仕事をするため、受け取る熱は Cp×ΔT になります。
- エネルギー保存（熱収支）：Aが失う熱とBが得る熱を等しいと置きます。 700×(350−T) = 1000×(T−300) → T ≈ 320.6 K ≈ 321 K
- 状態方程式の活用：定圧では ΔV = R_d×ΔT／p で体積変化を求めます。 300×20.6／100000 ≈ 0.06 m³（hPaをPaに直す単位換算も必要です）
- ひっかけへの注意：CvとCpを逆に当てはめると 329 K になり、①②を選んでしまいます。
したがって正解は④です。気象の文脈では、断熱過程や温位を理解するための基礎（比熱の意味とエンタルピー）が身についているかを確認する問題と言えます。
問題を解いた後なので、よく分かりました。このような問題は、これまでの過去問にはなかったように思いますが…。
過去問に類題は、ありますか？
【前提】「類題」は、定積比熱と定圧比熱の使い分けや、容器・ピストンを使った熱力学の問題と解釈しました。
2つの容器で熱交換させて平衡温度を求める、ほぼ同じ形式の問題は、今回の検索では見つかりませんでした。 ただし、同じ分野を問う過去問はいくつかあります。
- 第24回 一般 問2：比熱の正誤問題です。空気塊の定積比熱が定圧比熱より小さいという記述を「正」と判断させる内容で、今回の問題の土台にあたります。
- 第55回 一般 問3：熱力学第一法則から乾燥断熱減率を導く問題です。解説では Cp＝Cv＋R の関係を使って式を整理しています。
- 第62回 一般 問3：容器とピストンを使った設定です。断熱性のよいシリンダーに未飽和の湿潤空気を入れ、ピストンを引き出していく問題です。
また、第66回試験のレビュー記事では、この問3について正確さはやや問われるものの、Cp と Cv の使い分けや熱収支の考え方を学べる価値の高い問題と評価されています。
過去問そのものは、気象業務支援センターのサイトで試験問題と解答例がzip形式で公開されています。上記の回の問題を直接確認したい場合は、そこから入手できます。
Sources:
コメント
＞ i66-3について
パスしておきます。
今日は久しぶりにいい天気になりそうですね。
暑くならなければいいのですが…。
昨夜も雨が降ったがために、朝のキャンピングカーは…。