В закрытом сосуде находятся 100 г азота и 200 г кислорода. Какое изменение внутренней энергии произойдет у этой смеси газов, если ее охладить на 25 К?

Физика 10 класс Термодинамика внутренняя энергия закрытый сосуд азот кислород охлаждение изменение температуры термодинамика 10 класс физика газовая смесь Новый

Чтобы рассчитать изменение внутренней энергии смеси газов (азота и кислорода), нам нужно воспользоваться формулой для изменения внутренней энергии идеального газа:

ΔU = n * c_v * ΔT

где:

• ΔU - изменение внутренней энергии;
• n - количество вещества в молях;
• c_v - удельная теплоемкость при постоянном объеме;
• ΔT - изменение температуры.

Теперь давайте разберем шаги решения:

1. Рассчитаем количество вещества (n) для каждого газа:
• Для азота (N2):
• Молярная масса N2 = 28 г/моль. Поэтому:
• n(N2) = 100 г / 28 г/моль ≈ 3.57 моль.
• Для кислорода (O2):
• Молярная масса O2 = 32 г/моль. Поэтому:
• n(O2) = 200 г / 32 г/моль ≈ 6.25 моль.
2. Теперь найдем общее количество вещества:
• n(total) = n(N2) + n(O2) ≈ 3.57 моль + 6.25 моль ≈ 9.82 моль.
3. Определим удельные теплоемкости:
• Для диатомических газов (N2 и O2) c_v ≈ 5/2 * R, где R = 8.31 Дж/(моль·К).
• Следовательно, c_v ≈ 5/2 * 8.31 ≈ 20.78 Дж/(моль·К).
4. Теперь можно подставить все значения в формулу:
• ΔT = -25 К (охлаждение, поэтому значение отрицательное).
• ΔU = n(total) * c_v * ΔT ≈ 9.82 моль * 20.78 Дж/(моль·К) * (-25 К).
• ΔU ≈ 9.82 * 20.78 * (-25) ≈ -5115.65 Дж.

Ответ: Изменение внутренней энергии смеси газов составит примерно -5115.65 Дж. Это означает, что внутренняя энергия системы уменьшилась при охлаждении.