Вопрос задан 05.01.2025 в 18:57. Предмет Физика. Спрашивает Изимов Избасар.

Помогите даю много баллов.Газ, содержащийся в сосуде под поршнем, расширился изобарно при давлении

2 · 105 Па от объема V1 = 15 л до объема V2 = 25 л.

а) Определите работу, которую совершил газ при расширении. Изобразите этот процесс графически в координатах р, V и дайте геометрическое истолкование совершенной работе.

б) Какое количество теплоты было сообщено газу, если внутренняя энергия воздуха при расширении увеличилась на 1 кДж?

в) На сколько изменилась температура газа, если его масса 30 г?

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Толеуханов Али.

Для решения задачи о расширении газа, давайте разберем каждый пункт последовательно.

Дано:

  1. Давление газа p=2⋅105 Паp = 2 \cdot 10^5 \, \text{Па}.
  2. Начальный объем V1=15 л=0,015 м3V_1 = 15 \, \text{л} = 0{,}015 \, \text{м}^3 (переведено в кубические метры).
  3. Конечный объем V2=25 л=0,025 м3V_2 = 25 \, \text{л} = 0{,}025 \, \text{м}^3.
  4. Изменение внутренней энергии ΔU=1 кДж=1000 Дж\Delta U = 1 \, \text{кДж} = 1000 \, \text{Дж}.
  5. Масса газа m=30 г=0,03 кгm = 30 \, \text{г} = 0{,}03 \, \text{кг} (переведено в килограммы).

а) Определение работы газа при изобарном расширении

При изобарном процессе (постоянное давление) работа AA, совершаемая газом, рассчитывается по формуле:

A=p⋅(V2−V1)A = p \cdot (V_2 - V_1)

Подставим известные значения:

A=2⋅105 Па⋅(0,025 м3−0,015 м3)A = 2 \cdot 10^5 \, \text{Па} \cdot (0{,}025 \, \text{м}^3 - 0{,}015 \, \text{м}^3) A=2⋅105 Па⋅0,01 м3=2000 ДжA = 2 \cdot 10^5 \, \text{Па} \cdot 0{,}01 \, \text{м}^3 = 2000 \, \text{Дж}

Итак, работа, которую совершил газ, равна A=2000 ДжA = 2000 \, \text{Дж}.

Геометрическое истолкование

Графически этот процесс можно изобразить на графике pp-VV. Поскольку процесс изобарный, линия будет горизонтальной (давление постоянно). Площадь под этой горизонтальной линией между точками V1V_1 и V2V_2 на оси объема как раз и будет равна работе газа. На графике это выглядит как прямоугольник, где одна сторона — это разность объемов (V2−V1)(V_2 - V_1), а другая — постоянное давление pp.

б) Количество теплоты, переданное газу

Согласно первому закону термодинамики:

Q=ΔU+AQ = \Delta U + A

где:

  • QQ — количество теплоты, переданное газу,
  • ΔU=1000 Дж\Delta U = 1000 \, \text{Дж} — изменение внутренней энергии,
  • A=2000 ДжA = 2000 \, \text{Дж} — работа, совершенная газом.

Подставим значения:

Q=1000 Дж+2000 Дж=3000 ДжQ = 1000 \, \text{Дж} + 2000 \, \text{Дж} = 3000 \, \text{Дж}

Итак, количество теплоты, переданное газу, составляет Q=3000 ДжQ = 3000 \, \text{Дж}.

в) Изменение температуры газа

Используем уравнение состояния идеального газа в форме:

ΔU=32 n R ΔT\Delta U = \frac{3}{2} \, n \, R \, \Delta T

где:

  • nn — количество вещества газа,
  • R≈8,31 Дж/(моль\cdotpK)R \approx 8{,}31 \, \text{Дж/(моль·K)} — универсальная газовая постоянная,
  • ΔT\Delta T — изменение температуры.

Для определения количества вещества nn воспользуемся молярной массой воздуха M≈0,029 кг/мольM \approx 0{,}029 \, \text{кг/моль}:

n=mM=0,03 кг0,029 кг/моль≈1,034 мольn = \frac{m}{M} = \frac{0{,}03 \, \text{кг}}{0{,}029 \, \text{кг/моль}} \approx 1{,}034 \, \text{моль}

Теперь найдем ΔT\Delta T:

ΔU=32 n R ΔT\Delta U = \frac{3}{2} \, n \, R \, \Delta T

Отсюда:

ΔT=2⋅ΔU3⋅n⋅R\Delta T = \frac{2 \cdot \Delta U}{3 \cdot n \cdot R}

Подставим значения:

ΔT=2⋅1000 Дж3⋅1,034 моль⋅8,31 Дж/(моль\cdotpK)\Delta T = \frac{2 \cdot 1000 \, \text{Дж}}{3 \cdot 1{,}034 \, \text{моль} \cdot 8{,}31 \, \text{Дж/(моль·K)}} ΔT≈200025,75≈77,6 K\Delta T \approx \frac{2000}{25{,}75} \approx 77{,}6 \, \text{K}

Итак, температура газа увеличилась на ΔT≈77,6 K\Delta T \approx 77{,}6 \, \text{K}.

Ответ:

  1. Работа, совершенная газом: A=2000 ДжA = 2000 \, \text{Дж}.
  2. Количество теплоты, переданное газу: Q=3000 ДжQ = 3000 \, \text{Дж}.
  3. Изменение температуры газа: ΔT≈77,6 K\Delta T \approx 77{,}6 \, \text{K}.

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос