2025-01-18 23:41:48
Как изменяется внутренняя энергия воздуха массой 200 г, который нагревают при постоянном давлении от 40 до 80 С, если его объем увеличивается на 0,01 м³, а давление составляет 150 кПа? Удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении равна 1000 Дж/(кг С), молярная масса воздуха - 29 г/моль.
Физика 11 класс Теплота и внутренняя энергия внутренняя энергия воздуха изменение внутренней энергии нагрев воздуха постоянное давление удельная теплоёмкость молярная масса воздуха объём воздуха давление воздуха физика 11 класс термодинамика воздуха
2025-01-18 23:42:02
Для решения этой задачи нам нужно учесть два основных аспекта: изменение внутренней энергии воздуха и работу, совершаемую при его нагревании. Давайте подробно рассмотрим каждый шаг.
Шаг 1: Найдем изменение температурыТемпература изменяется от 40 °C до 80 °C. Таким образом, изменение температуры (ΔT) можно вычислить следующим образом:
- ΔT = T2 - T1 = 80 °C - 40 °C = 40 °C
Масса воздуха дана в граммах, поэтому преобразуем ее в килограммы:
- m = 200 г = 0,2 кг
Количество теплоты (Q), необходимое для нагрева воздуха при постоянном давлении, можно рассчитать по формуле:
- Q = m * c * ΔT
где:
- m - масса воздуха (0,2 кг),
- c - удельная теплоемкость воздуха (1000 Дж/(кг·С)),
- ΔT - изменение температуры (40 °C).
Подставим значения в формулу:
- Q = 0,2 кг * 1000 Дж/(кг·С) * 40 °C = 8000 Дж.
Работа (A), совершаемая при расширении газа при постоянном давлении, рассчитывается по формуле:
- A = P * ΔV
где:
- P - давление (150 кПа = 150000 Па),
- ΔV - изменение объема (0,01 м³).
Подставим значения в формулу:
- A = 150000 Па * 0,01 м³ = 1500 Дж.
Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии (ΔU) можно найти по формуле:
- ΔU = Q - A.
Теперь подставим значения:
- ΔU = 8000 Дж - 1500 Дж = 6500 Дж.
Ответ: Изменение внутренней энергии воздуха составляет 6500 Дж.
