Каково соотношение внешней работы над одноатомным идеальным газом и изменения внутренней энергии?

Суть вопроса: Соотношение внешней работы и изменения внутренней энергии в одноатомном идеальном газе

Инструкция: Внешняя работа и изменение внутренней энергии являются двумя важными концепциями в физике. В случае одноатомного идеального газа, эти концепции имеют особое соотношение.

Внешняя работа (W) - это работа, совершаемая на газ в результате изменения его объема. В случае одноатомного идеального газа, внешняя работа связана с изменением объема (V) и давления (P) газа. Работа может быть положительной (в случае сжатия газа) или отрицательной (в случае расширения газа).

Изменение внутренней энергии (ΔU) - это изменение энергии, связанное с тепловым взаимодействием идеального газа. В одноатомном идеальном газе, внутренняя энергия связана с изменением температуры (ΔT) газа и его молярной теплоемкости при постоянном объеме (Cv).

Соотношение между внешней работой и изменением внутренней энергии в одноатомном идеальном газе можно записать следующим образом:

ΔU = Q - W,

где ΔU - изменение внутренней энергии, Q - полученное газом количество тепла, W - совершенная газом внешняя работа.

Применяя первое начало термодинамики, можно показать, что в случае одноатомного идеального газа:

ΔU = (3/2) nR ΔT,

где n - количество молей газа, R - универсальная газовая постоянная, ΔT - изменение температуры газа.

Пример использования: Пусть одноатомный идеальный газ совершил работу 100 Дж и получил 200 Дж тепла. Какое было изменение внутренней энергии газа?

Решение: Используя формулу ΔU = Q - W, подставляем значения: ΔU = 200 Дж - (-100 Дж) = 300 Дж. Таким образом, изменение внутренней энергии газа составило 300 Дж.

Совет: Чтобы лучше понять соотношение между внешней работой и изменением внутренней энергии в одноатомном идеальном газе, рекомендуется изучить первое начало термодинамики и понять, как тепловое взаимодействие, работа и внутренняя энергия связаны между собой.

Упражнение: Если одноатомный идеальный газ совершил работу -50 Дж и получил 150 Дж тепла, какое было изменение внутренней энергии газа?