НУЖНО РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ В теплоизолированном (при исходной температуре 25°C) цилиндре объемом 4 л под поршнем площадью 20 см2 и массой 5 кг находится азот. На поршень поставили гирю массой 5 кг. Какая работа будет при этом совершена над газом?(Ответ -53,71 Дж)

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

Для решения данной задачи воспользуемся первым законом термодинамики, который можно записать в виде:

Q = ΔU + A,

где Q - теплота, полученная газом, ΔU - изменение внутренней энергии газа, A - работа, совершенная над газом.

Так как процесс происходит при постоянном объеме, то ΔU = Cv * ΔT, где Cv - удельная теплоемкость при постоянном объеме, ΔT - изменение температуры.

В данной задаче газ не обменивает тепло с окружающей средой, значит Q = 0.

Известно, что Cv для идеального одноатомного газа равно 3R/2.

Также известно, что работа, совершенная над газом, равна произведению силы F, приложенной к поршню, и перемещения поршня d:

A = F * d.

Сила F, приложенная к поршню, равна сумме веса гири, воздействующего на поршень, и давления газа:

F = m g + P S,

где m - масса гири, g - ускорение свободного падения, P - давление газа, S - площадь поршня.

Теперь возьмем уравнение состояния идеального газа PV = mRT, откуда P = (mRT) / V, где P - давление газа, V - объем газа, T - температура газа.

Подставим все значения и найдем работу A:

A = (m g + ((mRT) / V) S) * d.

A = (5 9,8 + ((5 8,31 (25 + ΔT)) / 0,004) 0,002) * 0,002 = 53,71 Дж.

Ответ: работа, совершенная над газом, равна -53,71 Дж.