Определить работу
расширения газа, изменение его внутренней энергии и количество подведённой
Кислород O2 массой 6 г изобарно расширяется вдвое. Определить работу
расширения газа, изменение его внутренней энергии и количество подведённой
теплоты, если начальная температура кислорода равнялась t1 = 30°C.

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

Для решения задачи нужно воспользоваться первым началом термодинамики, которое для изобарного процесса выражается формулой:

Q - A = ΔU

где Q - количество подведённой теплоты, A - работа расширения газа, ΔU - изменение внутренней энергии газа.

Работу расширения газа можно определить по формуле:

A = pΔV

где p - давление газа, ΔV - изменение объема.

В нашем случае газ расширяется вдвое, следовательно ΔV = V2 - V1 = V1, где V1 - объем газа до расширения, V2 - объем газа после расширения.

Из закона Бойля-Мариотта имеем:

V1 / T1 = V2 / T2

V1 / (273 + 30) = V2 / (273 + T2)

V1 / 303 = 2V1 / (273 + T2)

303 * 2 = 273 + T2

T2 = 333 K

Таким образом, температура после расширения равна 333 K.

Давление газа остается неизменным, так как процесс идет изобарно.

Теперь можем определить работу расширения:

A = pΔV = p(V2 - V1) = pV1

Для кислорода p = 101325 Па, так как 1 атм = 101325 Па.

V1 = m / ρ = 6 г / 1.43 g/L = 4.2 L

A = 101325 Па * 4.2 L = 425610 Дж

Теперь можем определить изменение внутренней энергии газа:

ΔU = Q - A

ΔU = 0, так как в изобарном процессе изменение внутренней энергии равно подведенной теплоте.

Тогда подведенная теплота:

Q = A = 425610 Дж

Итак, работа расширения газа составит 425610 Дж, изменение его внутренней энергии равно 0, количество подведенной теплоты также равно 425610 Дж.