Какая масса водорода находится в цилиндре под поршнем, если при нагревании температуры от 250 до 680 градусов Цельсия газ совершил работу в 400 Джоулей?

Физика 11 класс Газовые законы масса водорода цилиндр под поршнем нагревание температуры работа газа 400 Джоулей Новый

Для решения этой задачи мы можем воспользоваться уравнением состояния идеального газа и формулой для работы газа. Давайте разберем шаги, необходимые для нахождения массы водорода в цилиндре.

Шаг 1: Преобразуем температуры в Кельвины

Температуры должны быть переведены из градусов Цельсия в Кельвины, так как в термодинамике обычно используются именно Кельвины. Для этого мы используем формулу:

• T(K) = T(°C) + 273.15

Таким образом, у нас есть:

• T1 = 250 + 273.15 = 523.15 K
• T2 = 680 + 273.15 = 953.15 K

Шаг 2: Запишем формулу для работы газа

Работа, совершенная газом, может быть выражена через изменение внутренней энергии и тепло, переданное газу. В нашем случае, если мы предполагаем, что процесс происходит при постоянном давлении, работа может быть вычислена по формуле:

• A = P * ΔV

где A - работа, P - давление, ΔV - изменение объема. Однако, в данном случае мы не знаем давление и объем, поэтому мы можем воспользоваться другой формулой, связанной с количеством вещества:

• A = n * C_v * (T2 - T1)

где n - количество вещества (в молях), C_v - молярная теплоемкость при постоянном объеме. Для водорода C_v приблизительно равен 20.8 Дж/(моль·К). Шаг 3: Найдем количество вещества (n)

Теперь мы можем выразить количество вещества n через работу:

• n = A / (C_v * (T2 - T1))

Подставим известные значения:

• A = 400 Дж
• C_v = 20.8 Дж/(моль·К)
• T2 - T1 = 953.15 K - 523.15 K = 430 K

Теперь подставим в формулу:

• n = 400 / (20.8 * 430)

Посчитаем:

• n = 400 / 8944 ≈ 0.0447 моль

Шаг 4: Найдем массу водорода

Теперь, когда у нас есть количество вещества, мы можем найти массу водорода, используя его молярную массу. Молярная масса водорода (H2) составляет приблизительно 2 г/моль.

• m = n * M

где M - молярная масса водорода. Подставим значения:

• m = 0.0447 моль * 2 г/моль ≈ 0.0894 г

Ответ: Масса водорода в цилиндре составляет приблизительно 0.0894 грамма.