Вопрос школьника
Азот N2, при постоянном давлении нагрели, сообщив ему Q = 21 кДж теплоты. Определить совершённую работу и изменение внутренней энергии газа.
Ответ от учителя
Когда азот N2 нагревается при постоянном давлении, происходит изменение его внутренней энергии и совершается работа. Для определения совершенной работы и изменения внутренней энергии газа необходимо использовать первый закон термодинамики:
ΔU = Q — W
где ΔU — изменение внутренней энергии газа, Q — теплота, сообщенная газу, W — работа, совершенная газом.
Для определения работы необходимо знать, что при постоянном давлении работа вычисляется по формуле:
W = PΔV
где P — давление газа, ΔV — изменение объема газа.
Для решения задачи необходимо знать значения давления и объема газа до и после нагрева. Пусть давление газа равно P = 1 атм, а объем газа до нагрева равен V1 = 1 л, а после нагрева — V2 = 1,2 л.
Тогда изменение объема газа будет равно:
ΔV = V2 — V1 = 0,2 л
Для определения работы необходимо знать давление газа. Пусть давление газа равно P = 1 атм.
Тогда работа будет равна:
W = PΔV = 1 атм * 0,2 л = 0,2 атм*л
Теперь можно определить изменение внутренней энергии газа:
ΔU = Q — W = 21 кДж — 0,2 атм*л
Необходимо привести единицы измерения к одному виду. 1 атм*л = 101,3 Дж, поэтому:
ΔU = 21 кДж — 20,26 кДж = 0,74 кДж
Таким образом, при нагреве азота N2 при постоянном давлении и сообщении ему теплоты Q = 21 кДж, газ совершил работу W = 0,2 атм*л и его внутренняя энергия изменилась на ΔU = 0,74 кДж.
