Какова работа внешних сил при изотермическом сжатии азота массой m = 14 г от давления P1 = 100 кПа до давления P2 = 500 кПа при температуре Т = 300 К?

Физика 9 класс Работа газов при термодинамических процессах работа внешних сил изотермическое сжатие азот давление температура физика 9 класс задачи по физике термодинамика работа газа Новый

Чтобы найти работу внешних сил при изотермическом сжатии газа, мы можем использовать формулу работы для идеального газа при постоянной температуре:

W = -P * ΔV

Где:

• W - работа, выполненная внешними силами;
• P - давление газа;
• ΔV - изменение объема газа.

Однако, для изотермического процесса мы можем также использовать закон Бойля-Мариотта, который гласит, что для идеального газа произведение давления и объема остается постоянным при постоянной температуре:

P1 * V1 = P2 * V2

Сначала найдем начальный и конечный объемы газа. Для этого воспользуемся уравнением состояния идеального газа:

PV = nRT

Где:

• n - количество вещества в молях;
• R - универсальная газовая постоянная (8.31 Дж/(моль·К));
• T - температура в Кельвинах.

Сначала найдем количество вещества (n) в молях:

n = m / M

Где:

• m - масса газа (в данном случае 14 г = 0.014 кг);
• M - молярная масса азота (M = 28 г/моль = 0.028 кг/моль).

Подставим значения:

n = 0.014 kg / 0.028 kg/mol = 0.5 mol

Теперь найдем начальный объем V1 при P1 = 100 кПа:

V1 = nRT / P1

Подставим известные значения:

V1 = (0.5 mol * 8.31 J/(mol·K) * 300 K) / (100 kPa * 1000 Pa/kPa)

V1 = (1246.5 J) / (100000 Pa) = 0.012465 m³

Теперь найдем конечный объем V2 при P2 = 500 кПа:

V2 = nRT / P2

Подставим значения:

V2 = (0.5 mol * 8.31 J/(mol·K) * 300 K) / (500 kPa * 1000 Pa/kPa)

V2 = (1246.5 J) / (500000 Pa) = 0.002493 m³

Теперь найдем изменение объема ΔV:

ΔV = V2 - V1

ΔV = 0.002493 m³ - 0.012465 m³ = -0.009972 m³

Теперь подставим ΔV в формулу для работы:

W = -P * ΔV

Так как работа выполняется над газом, мы используем среднее давление P:

P = (P1 + P2) / 2 = (100000 Pa + 500000 Pa) / 2 = 300000 Pa

Теперь подставим значения:

W = -300000 Pa * (-0.009972 m³)

W = 2991.6 J

Таким образом, работа внешних сил при изотермическом сжатии азота составляет примерно 2991.6 Дж.