При изобарном нагревании 20 г водорода его объем увеличился в 2 раза. Начальная температура газа 300 К. Определите количество теплоты, сообщенное этому газу. Молярная масса водорода 2 • 10~3 кг/моль.
от

1 Ответ

дано:
- масса водорода m = 20 г = 0,020 кг.
- молярная масса водорода M = 2 * 10^-3 кг/моль.
- начальная температура T_1 = 300 К.
- объем увеличился в 2 раза (V_2 = 2 * V_1).

найти:
- количество теплоты Q, сообщенное газу.

решение:
1. Найдем количество молей n:
   n = m / M = 0,020 кг / (2 * 10^-3 кг/моль) = 10 моль.

2. Для одноатомного газа молярная теплоемкость при постоянном давлении C_p равна 5/2 R, где R = 8,31 Дж/(моль·К):
   C_p = 5/2 * R = 5/2 * 8,31 = 20,78 Дж/(моль·К).

3. По закону Бойля-Мариотта и для изобарного процесса:
   P_1 * V_1 / T_1 = P_2 * V_2 / T_2.
   Так как давление остается постоянным, можно записать, что V_2 = 2 * V_1, следовательно температура газа также удвоится:
   T_2 = 2 * T_1 = 2 * 300 К = 600 К.

4. Теперь определим изменение температуры ΔT:
   ΔT = T_2 - T_1 = 600 К - 300 К = 300 К.

5. Подставим значения в формулу для количества теплоты:
   Q = n * C_p * ΔT = 10 моль * 20,78 Дж/(моль·К) * 300 К.

6. Выполним расчет:
   Q = 10 * 20,78 * 300 = 62340 Дж.

ответ:
Количество теплоты, сообщенное водороду, составляет 62340 Дж.
от