Какую работу выполняет расширение азота массой 10 г при изотермическом процессе, когда его давление меняется с

Тема занятия: Изотермическое расширение газа и изменение его внутренней энергии

Инструкция: В изотермическом процессе температура газа остается постоянной. Изменение давления газа приводит к его расширению или сжатию.

Для решения этой задачи, нам понадобится использовать уравнение состояния идеального газа: PV = nRT, где P - давление газа, V - его объем, n - количество вещества, R - универсальная газовая постоянная, T - температура газа. Также, нам понадобится уравнение для работы: работа, выполненная газом при изотермическом процессе, W = PΔV, где W - работа, P - изначальное давление газа, V - объем газа в исходном состоянии, ΔV - изменение объема газа.

Используя уравнение состояния газа и данные из условия задачи, мы можем рассчитать исходный объем газа V1. Затем, используя уравнение работы и данные о изменении давления газа, мы можем рассчитать работу W, выполненную газом при расширении.

Чтобы рассчитать изменение внутренней энергии газа, можно использовать первое начало термодинамики: ΔU = Q - W, где ΔU - изменение внутренней энергии, Q - теплота, переданная газу при изотермическом процессе, W - работа, выполненная газом.

Теплота Q, переданная газу, равна обратной величине работы W: Q = -W.

Пример: Вычислим работу, выполненную расширением азота и изменение его внутренней энергии.

Дано:
Масса азота (m) = 10 г
Начальное давление (P1) = 202 кПа
Конечное давление (P2) = 101 кПа
Температура (T) = -20ºС

Шаг 1: Рассчитаем число молей азота (n) с использованием уравнения состояния идеального газа PV = nRT, где P - давление, V - объем, n - число молей, R - универсальная газовая постоянная, T - температура:
n = PV / RT

Шаг 2: Рассчитаем исходный объем азота (V1) с использованием уравнения состояния идеального газа:
V1 = nRT / P1

Шаг 3: Рассчитаем работу, выполненную газом при изотермическом процессе с использованием уравнения работы W = P1ΔV, где ΔV - изменение объема газа:
W = P1(V2 - V1)

Шаг 4: Рассчитаем изменение внутренней энергии газа с использованием первого начала термодинамики ΔU = Q - W, где Q - теплота, переданная газу при изотермическом процессе:
ΔU = -W

Шаг 5: Рассчитаем теплоту, переданную газу, как обратную величину работы Q = -W.

Совет: Для лучшего понимания и решения подобных задач, рекомендуется уметь использовать уравнение состояния идеального газа, а также уравнение работы. Понимание понятий изменения объема, давления и теплоты также будет полезным.

Задание для закрепления: Рассчитайте работу, выполненную расширением азота массой 15 г при изотермическом процессе, когда его давление меняется с 300 до 150 кПа при температуре 25ºС. Как изменяется внутренняя энергия азота и сколько теплоты ему передается в результате этого расширения?