В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится идеальный одноатомный газ. Площадь поперечного сечения поршня S=30 см². Давление окружающего воздуха p=105 Па. Трение между поршнем и стенками сосуда пренебрежимо мало. Какое количество теплоты нужно отвести от газа при его медленном охлаждении, чтобы его поршень передвинулся на расстояние х=10 см?

Физика 10 класс Термодинамика горизонтальный цилиндрический сосуд Идеальный газ давление воздуха подвижный поршень охлаждение газа Количество теплоты движение поршня физические законы термодинамика работа газа Новый

Для решения данной задачи нам нужно использовать закон сохранения энергии и некоторые свойства идеального газа. Рассмотрим шаги, которые помогут нам найти количество теплоты, которое нужно отвести от газа.

Шаг 1: Определим силу, действующую на поршень

Сила, действующая на поршень от давления окружающего воздуха, определяется по формуле:

• F = p * S

Где:

• F - сила, действующая на поршень, в Н;
• p - давление окружающего воздуха, в Па (105 Па);
• S - площадь поперечного сечения поршня, в м² (30 см² = 0.003 м²).

Теперь подставим значения:

• F = 105 * 0.003 = 0.315 Н.

Шаг 2: Найдем работу, совершенную поршнем

Работа, совершенная поршнем при его перемещении на расстояние x, определяется по формуле:

• A = F * x

Где:

• x - расстояние, на которое перемещается поршень (10 см = 0.1 м).

Теперь подставим значения:

• A = 0.315 * 0.1 = 0.0315 Дж.

Шаг 3: Определим количество теплоты, которое нужно отвести

При медленном охлаждении газа, согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии газа равно работе, совершенной над ним, плюс количество теплоты, отведенное от газа:

• Q = ΔU - A

Поскольку процесс медленный и изотермический для идеального газа, изменение внутренней энергии ΔU будет равно нулю. Таким образом, мы можем записать:

• Q = -A.

Теперь подставим значение работы:

• Q = -0.0315 Дж.

Ответ:

Количество теплоты, которое нужно отвести от газа, составляет 0.0315 Дж (отвод теплоты обозначается отрицательным знаком).