При нагревании данной массы одноатомного газа в сосуде объёмом 10 л давление газа увеличилось на 50 кПа. Насколько изменилась внутренняя энергия газа?
от

1 Ответ

дано:  
объем сосуда V = 10 л = 0.01 м³  
увеличение давления ΔP = 50 кПа = 50000 Па  

найти:  
изменение внутренней энергии ΔU  

решение:  

Для идеального одноатомного газа изменение внутренней энергии связано с изменением температуры. Изменение давления в сосуде можно использовать для определения изменения температуры.

Согласно уравнению состояния идеального газа:

PV = nRT,

где P – давление, V – объем, n – количество молей, R – универсальная газовая постоянная (R ≈ 8.314 Дж/(моль·К)), T – температура.

При увеличении давления на ΔP:

(P + ΔP)V = nR(T + ΔT),

где ΔT – изменение температуры.

Разделим это уравнение на начальное уравнение:

((P + ΔP)V) / (PV) = (nR(T + ΔT)) / (nRT).

Упростим это уравнение:

(1 + ΔP/P) = (T + ΔT)/T.

Отсюда получаем:

ΔT = T * (ΔP/P).

Также мы знаем, что изменение внутренней энергии для одноатомного газа равно:

ΔU = (3/2)nRΔT.

Теперь мы можем выразить n через давление и объем:

n = PV/(RT).

Подставим это значение в уравнение для ΔU:

ΔU = (3/2) * (PV/(RT)) * R * ΔT
    = (3/2) * (PV/T) * ΔT.

Теперь подставим ΔT:

ΔU = (3/2) * (PV/T) * (T * (ΔP/P))
    = (3/2) * V * ΔP.

Теперь подставим известные значения:

ΔU = (3/2) * 0.01 m³ * 50000 Pa
     = (3/2) * 0.01 * 50000
     = 750 Дж.

Ответ: изменение внутренней энергии газа равно 750 Дж.
от