Какое изменение внутренней энергии произойдёт у водорода массой 400 мг, находящегося при температуре 17 °C в сосуде под поршнем, если его объём увеличится в 4 раза при постоянном давлении?

Физика 10 класс Термодинамика внутренняя энергия водород 400 мг температура 17 °C объем увеличился постоянное давление физика 10 класс Новый

Чтобы рассчитать изменение внутренней энергии водорода, нам нужно учитывать, что при постоянном давлении изменение внутренней энергии связано с работой, выполненной системой. В данном случае мы будем использовать уравнение состояния идеального газа и формулу для работы газа.

Шаг 1: Переведем массу водорода в килограммы.

• Масса водорода: 400 мг = 0.4 г = 0.0004 кг.

Шаг 2: Найдем количество вещества водорода.

• Молярная масса водорода (H2) составляет примерно 2 г/моль.
• Количество вещества (n) можно найти по формуле: n = m / M, где m - масса, M - молярная масса.
• n = 0.4 г / 2 г/моль = 0.2 моль.

Шаг 3: Рассчитаем работу, выполненную при расширении газа.

• Работа (A) при изобарном процессе (постоянное давление) рассчитывается по формуле: A = P * ΔV, где ΔV - изменение объема.
• Поскольку объем увеличивается в 4 раза, если первоначальный объем V1, то конечный объем V2 = 4 * V1, и ΔV = V2 - V1 = 4V1 - V1 = 3V1.

Шаг 4: Используем уравнение состояния идеального газа для нахождения давления.

• PV = nRT, где R - универсальная газовая постоянная (примерно 8.31 Дж/(моль·К)), T - абсолютная температура в Кельвинах.
• Температура в Кельвинах: T = 17 °C + 273.15 = 290.15 K.
• Теперь подставим значения: P * V1 = n * R * T.
• Из этого уравнения можно выразить давление: P = (n * R * T) / V1.

Шаг 5: Подставим давление в формулу для работы.

• Теперь подставим P в уравнение для работы: A = (n * R * T / V1) * (3V1) = 3nRT.
• Теперь подставим известные значения: A = 3 * 0.2 моль * 8.31 Дж/(моль·К) * 290.15 K.
• Вычисляем: A ≈ 3 * 0.2 * 8.31 * 290.15 ≈ 3 * 0.2 * 2418.865 ≈ 1449.319 Дж.

Шаг 6: Найдем изменение внутренней энергии.

• При постоянном давлении изменение внутренней энергии ΔU связано с работой, выполненной системой, и равно A: ΔU = A.
• Таким образом, изменение внутренней энергии водорода составит примерно 1449.319 Дж.

Ответ: Изменение внутренней энергии водорода составит примерно 1449.32 Дж.