Какое количество теплоты было передано ν молям двухатомного идеального газа, если в процессе его изобарного расширения была выполнена работа A?
ФизикаУниверситетТермодинамика идеального газаКоличество теплотыдва атомаИдеальный газизобарное расширениеработа газафизикатермодинамикамоля газа
Для решения данной задачи, нам нужно использовать закон термодинамики и уравнение состояния идеального газа. Рассмотрим процесс изобарного расширения двухатомного идеального газа.
Шаг 1: Определение работы, выполненной газом.
В процессе изобарного расширения работа, выполненная газом, определяется по формуле:
A = P * ΔV
где P - давление газа, ΔV - изменение объема. Однако нам также нужно учитывать количество молей газа ν.
Шаг 2: Связь между изменением объема и количеством молей.
Для идеального газа мы можем использовать уравнение состояния:
P * V = n * R * T
где n - количество молей газа, R - универсальная газовая постоянная, T - температура в Кельвинах.
При изобарном процессе изменение объема можно выразить через изменение температуры:
ΔV = n * R * ΔT / P
Подставляя это значение в формулу работы, мы получаем:
A = P * (n * R * ΔT / P) = n * R * ΔT
Таким образом, работа, выполненная газом, связана с изменением температуры.
Шаг 3: Количество теплоты, переданное газу.
По первому закону термодинамики можно записать:
Q = ΔU + A
где Q - количество теплоты, ΔU - изменение внутренней энергии газа.
Для двухатомного идеального газа изменение внутренней энергии можно выразить как:
ΔU = (f/2) * n * R * ΔT
где f - количество степеней свободы. Для двухатомного газа f = 5.
Таким образом:
ΔU = (5/2) * n * R * ΔT
Шаг 4: Подстановка значений в уравнение для Q.
Теперь мы можем подставить выражение для ΔU и A в уравнение для Q:
Q = (5/2) * n * R * ΔT + n * R * ΔT = (7/2) * n * R * ΔT
Шаг 5: Выражение для Q через A.
Мы знаем, что A = n * R * ΔT, следовательно, ΔT = A / (n * R). Подставляем это значение в уравнение для Q:
Q = (7/2) * n * R * (A / (n * R)) = (7/2) * A
Ответ: Таким образом, количество теплоты, переданное ν молям двухатомного идеального газа в процессе изобарного расширения, равно:
Q = (7/2) * A.