Какое изменение энтропии произойдет при изотермическом расширении трех молей водорода, если давление газа снизилось с 100 до 50 кПа?

Физика 11 класс Термодинамика энтропия изотермическое расширение моли водорода давление газа изменение давления физика 11 класс термодинамика закон Бойля газовые законы расчет энтропии Новый

Чтобы рассчитать изменение энтропии при изотермическом расширении газа, можно воспользоваться формулой:

ΔS = nR ln(V2/V1)

где:

• ΔS - изменение энтропии;
• n - количество молей газа;
• R - универсальная газовая постоянная (приблизительно 8.31 Дж/(моль·К));
• V1 и V2 - начальный и конечный объемы газа соответственно.

В условиях изотермического процесса можно использовать уравнение состояния идеального газа, чтобы найти объемы. Уравнение состояния имеет вид:

PV = nRT

При постоянной температуре (изотермическом процессе) мы можем выразить объем через давление:

V = nRT/P

Теперь найдем начальный и конечный объемы газа:

1. Для начального состояния (P1 = 100 кПа):
2. V1 = nRT/P1 = 3 моль * 8.31 Дж/(моль·К) * T / 100 кПа
3. Для конечного состояния (P2 = 50 кПа):
4. V2 = nRT/P2 = 3 моль * 8.31 Дж/(моль·К) * T / 50 кПа

Теперь подставим V1 и V2 в формулу для изменения энтропии:

ΔS = nR ln(V2/V1)

Подставим выражения для V1 и V2:

ΔS = nR ln((3 * 8.31 * T / 50)/(3 * 8.31 * T / 100))

Сократим одинаковые множители:

ΔS = nR ln(100/50)

Теперь подставим известные значения:

• n = 3 моль;
• R = 8.31 Дж/(моль·К);
• ln(100/50) = ln(2) ≈ 0.693.

Теперь можем рассчитать изменение энтропии:

ΔS = 3 * 8.31 * 0.693 ≈ 17.3 Дж/К.

Таким образом, изменение энтропии при изотермическом расширении трех молей водорода при снижении давления с 100 до 50 кПа составляет примерно 17.3 Дж/К.