Определить количество теплоты, сообщенное 88 г углекислого газа, если он был нагрет от 300 К до 350 К при постоянном давлении. Какую работу при этом может совершить газ и как изменится его внутренняя энергия?

Для решения задачи по определению количества теплоты, работы и изменения внутренней энергии углекислого газа, который был нагрет при постоянном давлении, нужно воспользоваться термодинамическими уравнениями и законами.

Шаг 1: Определим количество теплоты (Q)

Количество теплоты, сообщенное газу при постоянном давлении, можно вычислить по формуле:

где:

• $m$ — масса газа (в данном случае 88 г = 0,088 кг),
• $C_p$ — удельная теплоемкость углекислого газа при постоянном давлении (для углекислого газа $C_p \approx 1005 \, \text{Дж/(кг·К)}$),
• $\Delta T$ — изменение температуры ($T_{\text{конечная}} - T_{\text{начальная}} = 350 - 300 = 50 \, \text{К}$).

Теперь подставим значения в формулу:

Ответ: количество теплоты, которое было сообщено газу, равно 4422 Дж.

Шаг 2: Определим работу, совершенную газом

При нагревании газа при постоянном давлении газ может совершить работу. Работа газа при расширении при постоянном давлении определяется по формуле:

где:

• $p$ — давление газа,
• $\Delta V$ — изменение объема газа.

Для идеального газа работа может также быть выражена через массу, теплоемкость и изменение температуры следующим образом:

где:

• $R$ — универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль·К)),
• $M$ — молекулярная масса углекислого газа (M = 44 г/моль = 0,044 кг/моль),
• $C_v$ — удельная теплоемкость углекислого газа при постоянном объеме (примерно 0.