Температура идеального газа массой 10 кг меняется по закону Т = aV^2, где а = 2 К/м6. Определите работу, совершаемую газом при увеличении объема от 2 л до 4 л. Молярная масса газа 12 • 10~3 кг/моль.
от

1 Ответ

дано:
- масса газа m = 10 кг
- закон изменения температуры T = aV^2, где a = 2 К/м6
- начальный объем V1 = 2 л = 0,002 м3
- конечный объем V2 = 4 л = 0,004 м3
- молярная масса газа M = 12 * 10^-3 кг/моль

найти:
- работу W, совершенную газом при увеличении объема от 2 л до 4 л.

решение:
1. Прежде всего, найдем количество вещества n газа:
   n = m / M,
где m – масса, M – молярная масса.

2. Рассчитаем n:
   n = 10 кг / (12 * 10^-3 кг/моль) = 833,33 моль.

3. Теперь определим температуру на начальном и конечном состояниях:
   T1 = a * V1^2 = 2 * (0,002)^2 = 2 * 0,000004 = 0,000008 K.
   
   T2 = a * V2^2 = 2 * (0,004)^2 = 2 * 0,000016 = 0,000032 K.

4. Теперь найдем давление газа в обоих состояниях, используя уравнение состояния идеального газа:
   PV = nRT,
где P – давление, R – универсальная газовая постоянная, R ≈ 8,31 Дж/(моль·К).

5. Для первого состояния:
   P1 = nRT1 / V1 = (833,33) * (8,31) * (0,000008) / (0,002) = (0,055560) / (0,002) = 27,78 Па.

6. Для второго состояния:
   P2 = nRT2 / V2 = (833,33) * (8,31) * (0,000032) / (0,004) = (0,222224) / (0,004) = 55,56 Па.

7. Работа газа при расширении можно вычислить как:
   W = ∫ P dV от V1 до V2.

8. Мы можем использовать формулу для работы, так как давление изменяется линейно. Среднее значение давления Pср:
   Pср = (P1 + P2) / 2 = (27,78 + 55,56) / 2 = 41,67 Па.

9. Теперь подставим в формулу для работы:
   W = Pср * (V2 - V1) = 41,67 * (0,004 - 0,002) = 41,67 * 0,002 = 0,08334 Дж.

ответ:
работа, совершенная газом при увеличении объема от 2 л до 4 л, составляет 0,08334 Дж.
от