При изобарном расширении одноатомного газа совершена работа на увеличение его объема в 80 кДж. Как определить увеличение внутренней энергии газа и количество теплоты, сообщенной этому газу? Обязательно с подробным объяснением.
Дано: P=const, i=3, A'=80 кДж = 8*10^4 Дж.
Найти: ΔU, Q - ?
Физика11 классТермодинамика газовизобарное расширениеодноатомный газработа газаувеличение объемавнутренняя энергияКоличество теплотытермодинамикафизика газауравнение состояниязакон Бойляпервый закон термодинамики
Для решения задачи, давайте вспомним основные термодинамические уравнения и принципы, которые применяются в случае изобарного процесса (при постоянном давлении).
1. **Работа, совершенная газом**: В изобарном процессе работа (A) определяется как:
где P - давление газа, а ΔV - изменение объема. В данной задаче нам уже дано значение работы, равное 80 кДж (или 8 * 10^4 Дж).
2. **Первый закон термодинамики**: Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии (ΔU) газа связано с работой, совершенной над ним, и количеством теплоты (Q),переданной газу:
3. **Определение количества теплоты**: В изобарном процессе количество теплоты, переданное газу, можно выразить через изменение внутренней энергии и работу:
4. **Изменение внутренней энергии**: Для одноатомного газа изменение внутренней энергии можно выразить как:
где n - количество молей газа, c_v - удельная теплоемкость при постоянном объеме (для одноатомного газа c_v = (3/2)R),а ΔT - изменение температуры.
Однако в данной задаче нам не даны значения n или ΔT. Вместо этого мы можем воспользоваться тем, что в изобарном процессе изменение внутренней энергии можно также выразить через работу и количество теплоты:
5. **С учетом изобарного процесса**: В изобарном процессе количество теплоты, переданное газу, можно записать как:
где c_p - удельная теплоемкость при постоянном давлении (для одноатомного газа c_p = (5/2)R).
6. **Сравнение двух уравнений**: Мы можем выразить Q через ΔU и A, но нам нужно найти ΔU. Мы знаем, что:
Если мы подставим Q из уравнения для изобарного процесса, то получим:
7. **Решение**: Поскольку у нас нет значений для n и ΔT, мы можем использовать следующее упрощение для одноатомного газа:
Таким образом, подставляя значения в уравнение:
Но поскольку у нас нет значений n и ΔT, можно сказать, что:
8. **Количество теплоты**: Теперь мы можем найти количество теплоты, подставив ΔU обратно в уравнение:
Таким образом, мы получили:
Надеюсь, это объяснение помогло вам понять, как решать задачи подобного типа! Если у вас есть дополнительные вопросы, не стесняйтесь спрашивать.