Как изменится внутренняя энергия газа, если ему было сообщено количество теплоты 46,5 Дж для повышения температуры

Термодинамика и внутренняя энергия газа:

Инструкция: Внутренняя энергия газа связана с кинетической и потенциальной энергией его молекул. Когда газу сообщается теплота, его внутренняя энергия изменяется. Формула для изменения внутренней энергии газа выглядит следующим образом:

ΔU = Q - W,

где ΔU - изменение внутренней энергии газа, Q - количество полученной или отданной газом теплоты, W - работа, совершаемая газом.

Для данной задачи мы знаем, что газу было сообщено количество теплоты Q = 46,5 Дж для повышения температуры на ΔT = 100 К. Также даны параметры цилиндра: объем V = 200 см^3, масса поршня m = 50 кг и площадь поршня A = 50 см^2.

Чтобы найти изменение внутренней энергии газа, нам нужно найти работу, совершенную газом. Для этого мы используем формулу:

W = P * ΔV,

где P - давление газа, ΔV - изменение его объема.

Давление газа равно атмосферному давлению р = 10^5 Па. Используем формулу для изменения объема газа:

ΔV = A * Δh,

где A - площадь поршня, Δh - изменение высоты (пройденное поршнем).

Из данных, мы находим Δh:

A = 50 см^2 = 0,005 м^2,
V = 200 см^3 = 0,0002 м^3,
Δh = ΔV / A = 0,0002 / 0,005 = 0,04 м.

Теперь можем найти работу:

W = P * ΔV = 10^5 * 0,04 = 4000 Дж.

Подставляем найденную работу и изначальное Q в формулу для изменения внутренней энергии:

ΔU = Q - W = 46,5 - 4000 = -3953,5 Дж.

Таким образом, изменение внутренней энергии газа составляет -3953,5 Дж.

Совет: Для лучшего понимания термодинамики и внутренней энергии газа, стоит ознакомиться с основными принципами термодинамики и уяснить формулы, используемые для расчетов изменения энергии и работы газа. Также полезно изучить, как связано давление, объем и температура газа в законах Бойля, Шарля и Гей-Люссака.

Упражнение: Как изменится внутренняя энергия газа, если ему было сообщено количество теплоты 80 Дж для повышения температуры на 50 К? Вертикальный цилиндр объемом 300 см^3 содержит газ под поршнем при атмосферном давлении 10^5 Па. Масса поршня составляет 30 кг, а его площадь - 60 см^2.