Какова внутренняя энергия (в Джоулях) одноатомного идеального газа, имеющего массу 20 г и среднюю квадратичную скорость молекул 500 м/с?

Физика Колледж Внутренняя энергия идеального газа внутренняя энергия одноатомный идеальный газ масса газа средняя квадратичная скорость джоули физика 12 класс Новый

Давайте разберем задачу по шагам, чтобы найти внутреннюю энергию одноатомного идеального газа.

Шаг 1: Переведем массу в килограммы.

У нас есть масса газа 20 г. Чтобы работать с физическими формулами, нам нужно перевести массу в килограммы:

• m = 20 г = 20 / 1000 = 0.020 кг

Шаг 2: Найдем количество молей газа.

Для этого нам нужно знать молярную массу одноатомного газа. Например, для аргона (Ar) молярная масса составляет примерно 0.040 кг/моль. Теперь можем найти количество молей:

• n = m / M = 0.020 кг / 0.040 кг/моль = 0.5 моль

Шаг 3: Найдем температуру газа.

Температура газа может быть найдена по формуле, связанной со средней квадратичной скоростью молекул:

• T = (M * v²) / (3 * R)

где M - молярная масса, v - средняя квадратичная скорость, R - универсальная газовая постоянная (приблизительно 8.31 Дж/(моль·К)). Подставим значения:

• T = (0.040 кг/моль * (500 м/с)²) / (3 * 8.31)
• T = (0.040 * 250000) / (24.93) ≈ 401.123 K

Шаг 4: Рассчитаем внутреннюю энергию.

Внутренняя энергия одноатомного идеального газа рассчитывается по формуле:

• U = (3/2) * n * R * T

Подставим найденные значения:

• U = (3/2) * 0.5 моль * 8.31 Дж/(моль·К) * 401.123 K
• U = 0.75 * 8.31 * 401.123 ≈ 2500 Дж

Ответ: Внутренняя энергия одноатомного идеального газа составляет примерно 2500 Дж.