Как изменится отношение конечной внутренней энергии азота к начальной, если азот в сосуде под поршнем нагреют

Тема: Отношение изменения внутренней энергии азота

Объяснение:

Для понимания того, как изменится отношение конечной внутренней энергии азота к начальной, мы можем воспользоваться первым законом термодинамики, который гласит, что изменение внутренней энергии равно работе, совершенной на систему, плюс количество тепла, переданное системе.

В данной задаче азот в сосуде нагревается при постоянном объеме и увеличении давления в 3 раза. Таким образом, работа, совершенная на систему, будет равна произведению изменения давления на объем:
\[Работа = P \times \Delta V\]
\[Работа = P \times 0\]
Так как объем не изменяется при нагревании, то работа, совершенная на систему, будет равна нулю.

Далее, систему изобарно сжимают, уменьшая объем в 5 раз. В этом случае работа, совершаемая над системой, будет отрицательной, так как сжатие происходит при постоянном давлении.
\[Работа = -P \times \Delta V\]
\[Работа = -\frac{P}{5}\]
Таким образом, работа, совершаемая над системой при сжатии, будет равна значению давления, поделенному на 5 и умноженному на отрицательный изменение объема.

Итак, согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии равно сумме работы и количества тепла, переданного системе. В данном случае работа при нагревании равна 0, поэтому изменение внутренней энергии связано только с количеством тепла.

Пример использования:
Дано: Изначальное отношение внутренней энергии \(\frac{U_2}{U_1}\), увеличение давления в 3 раза без изменения объема и сжатие объема в 5 раз. Требуется найти изменение отношения внутренней энергии \(\frac{U_2}{U_1}\) после нагревания и сжатия.

Решение:
Исходя из обоснования выше, при нагревании изменение внутренней энергии равно 0, поэтому отношение внутренней энергии остается неизменным после этого шага.
При сжатии объема в 5 раз, работа, совершаемая над системой, равна \(-\frac{P}{5}\). Таким образом, изменение отношения внутренней энергии будет равно 0 + \(-\frac{P}{5}\).
Итак, окончательное отношение внутренней энергии будет \(\frac{U_2}{U_1} = \frac{P}{5}\).

Совет: Для лучшего понимания термодинамики и изменения внутренней энергии, рекомендуется ознакомиться с основными законами термодинамики и изучить примеры, чтобы лучше понять, как энергия может изменяться в различных термодинамических процессах.

Упражнение: Пусть в сосуде азот нагревается при изменении давления в 2 раза при неизменном объеме. Затем азот изобарно расширяется, увеличивая объем в 3 раза. Как изменится отношение конечной внутренней энергии азота к начальной?