Какое изменение внутренней энергии газа произойдет, если азот массой 820 г расширится изотермически при температуре 282 К, увеличив свой объем в два раза?

Физика 11 класс Термодинамика внутренняя энергия газа азот изотермическое расширение температура 282 К увеличение объема физика 11 класс изменение энергии масса 820 г Новый

Для решения этой задачи нам нужно использовать понятие внутренней энергии идеального газа и свойства изотермического процесса.

Шаг 1: Определение начальных условий

• Масса газа (азота) m = 820 г = 0.82 кг.
• Температура T = 282 K.
• Газ является идеальным.

Шаг 2: Понимание изотермического процесса

В изотермическом процессе температура газа остается постоянной. Для идеального газа изменение внутренней энергии зависит только от температуры. Внутренняя энергия U идеального газа определяется по формуле:

U = (3/2) * n * R * T,

где n - количество молей газа, R - универсальная газовая постоянная (приблизительно 8.31 Дж/(моль·К)), T - температура в Кельвинах.

Шаг 3: Определение количества молей газа

Сначала нам нужно определить количество молей n. Для этого используем формулу:

n = m / M,

где M - молярная масса газа. Для азота (N2) молярная масса составляет примерно 28 г/моль.

• M = 28 г/моль = 0.028 кг/моль.
• n = 0.82 кг / 0.028 кг/моль ≈ 29.29 моль.

Шаг 4: Вычисление изменения внутренней энергии

Так как процесс изотермический, изменение внутренней энергии ΔU = 0, потому что температура остается постоянной. Внутренняя энергия не изменяется при изотермическом расширении идеального газа.

Ответ: Изменение внутренней энергии газа составит 0 Дж.