Вопрос школьника
На рисунке изображен процесс изменения состояния идеального одноатомного газа. При переводе газа из состояния 1 в состояние 2 газ передал окружающей среде 25 кДж теплоты. Чему равна работа внешних сил, совершенная над газом? Ответ запишите в килоджоулях (кДж).
Ответ от учителя
По первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии газа равно сумме теплоты, переданной газу, и работы, совершенной над газом:
ΔU = Q — A
где ΔU — изменение внутренней энергии газа, Q — теплота, переданная газу, A — работа, совершенная над газом.
Для идеального одноатомного газа изменение внутренней энергии связано с изменением температуры и количеством вещества газа:
ΔU = (3/2) nR ΔT
где n — количество вещества газа, R — универсальная газовая постоянная, ΔT — изменение температуры.
Таким образом, мы можем выразить работу, совершенную над газом:
A = Q — ΔU = Q — (3/2) nR ΔT
Из условия задачи известно, что газ передал окружающей среде 25 кДж теплоты:
Q = -25 кДж
Также из рисунка видно, что при переводе газа из состояния 1 в состояние 2 температура газа увеличилась на 200 К:
ΔT = 200 К
Количество вещества газа не указано, но для расчета работы это не важно, так как оно сократится при вычислениях.
Подставляя известные значения в формулу для работы, получаем:
A = -25 кДж — (3/2) R ΔT ≈ -25 кДж — 3,75 кДж ≈ -28,75 кДж
Ответ: работа внешних сил, совершенная над газом, равна примерно -28,75 кДж.
