Задача по физике При постоянном давлении газу передано 150000 дж количества теплоты. При этом он расширяясь перемещает поршень площадью поверхности 200 см в квадрате на 30 см. На сколько изменилась его внутренняя энергия?

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

Для расчета изменения внутренней энергии газа можно воспользоваться первым законом термодинамики, который описывает изменение энергии системы как сумму работы, полученной от теплового воздействия и изменения внутренней энергии.

Работа (работа газа при расширении) равна произведению давления на изменение объема:

$$W = P \cdot \Delta V$$

В данном случае давление константное, поэтому работу можно рассчитать как:

$$W = P \cdot \Delta V = 150000 \, Дж$$

Теплоту можно представить как сумму работы и изменения внутренней энергии:

$$Q = \Delta U + W$$

$$\Delta U = Q - W = 150000 - P \cdot \Delta V$$

Сначала нужно перевести площадь поршня из сантиметров в метры:

$$S = 200 \, см^2 = 200 \cdot 10^{-4} \, м^2 = 0.02 \, м^2$$

Теперь можем рассчитать изменение внутренней энергии газа:

$$\Delta U = 150000 - P \cdot S \cdot h$$

$$\Delta U = 150000 - P \cdot 0.02 \cdot 0.3$$

Где P - давление газа, а h - высота на которую поднимается поршень.
Для расчета давления исходим из того, что оно постоянное:

$$P = \frac{W}{\Delta V}$$

$$P = \frac{150000}{0.02 \cdot 0.3} = 2500000 \, Па$$

Теперь подставляем все значения:

$$\Delta U = 150000 - 2500000 \cdot 0.02 \cdot 0.3 = 150000 - 15000 = 135000 \, Дж$$

Итак, изменение внутренней энергии газа составляет 135000 Дж.