Вопрос задан 11.10.2026 в 00:02. Предмет Физика. Спрашивает Абраменков Александр.

Идеальный газ с массой 4 кг и молярной массой 28 г/моль при начальной температуре T1=280 К занимает объем V1=10 л, находясь под давлением p1=0,2 МПа. Газ сначала изобарно нагрели до температуры Т2=350 К, а затем изохорно до температуры Т3=450 К. а) Постройте график этого процесса в координатах p, V, обозначив состояния газа соответственно цифрами 1, 2, 3; б) Напишите I закон термодинамики для процессов 1-2 и 2-3; в) Найдите работу газа в процессе 1-2; г) Как изменилась внутренняя энергия газа на каждом этапе? д) Найдите количество теплоты, переданное газу за весь процесс, если газ является двухатомным.

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Чурашев Ильдар.

Решение задачи

Дано:

  • Масса газа: m=4m=4 кг.

  • Молярная масса: M=28M=28 г/моль =0,028=0{,}028 кг/моль.

  • Начальная температура: T1=280T_1=280 К.

  • Начальный объём: V1=10V_1=10 л =0,01=0{,}01 м³.

  • Начальное давление: p1=0,2p_1=0{,}2 МПа =2⋅105=2\cdot10^5 Па.

  • Температура после изобарного нагревания: T2=350T_2=350 К.

  • Конечная температура: T3=450T_3=450 К.

  • Газ двухатомный, поэтому число степеней свободы i=5i=5.

  • Универсальная газовая постоянная: R=8,314R=8{,}314 Дж/(моль·К).

Найти: график процесса в координатах p,Vp,V, записать первый закон термодинамики, определить работу газа, изменения внутренней энергии и общее количество теплоты.

Важное замечание: в условии имеется противоречие. Согласно уравнению Менделеева — Клапейрона,

p1V1=mMRT1.p_1V_1=\frac{m}{M}RT_1.

Левая часть равна 20002000 Дж, а правая — приблизительно 332560332560 Дж. Значит, заданные масса, давление, объём и температура не могут одновременно относиться к одному состоянию идеального газа.

Ниже приведён формальный расчёт по всем указанным величинам с последующим пояснением, как получить физически согласованный ответ.

а) График процесса в координатах p, V

Процесс 1–2 — изобарное нагревание. Давление постоянно, поэтому по закону Гей-Люссака:

V1T1=V2T2.\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}.

Отсюда:

V2=V1T2T1=10⋅350280=12,5 л.V_2=V_1\frac{T_2}{T_1} =10\cdot\frac{350}{280} =\boxed{12{,}5\text{ л}}.

При этом p2=p1=0,2p_2=p_1=0{,}2 МПа.

Процесс 2–3 — изохорное нагревание. Объём постоянен, поэтому:

V3=V2=12,5 л.V_3=V_2=12{,}5\text{ л}.

По закону Шарля:

p2T2=p3T3.\frac{p_2}{T_2}=\frac{p_3}{T_3}.

Следовательно,

p3=p2T3T2=0,2⋅450350≈0,257 МПа.p_3=p_2\frac{T_3}{T_2} =0{,}2\cdot\frac{450}{350} \approx\boxed{0{,}257\text{ МПа}}.

Координаты состояний:

Состояние

VV, л

pp, МПа

TT, К

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос