Идеальный газ расширяется так, что отношение его давления к его объему остается неизменным. Начальный объем газа 2 л, конечный объем 4 л, начальное давление газа 105 Па. Найдите работу, совершенную газом в данном процессе.
от

1 Ответ

Дано:
Начальный объем V1 = 2 л = 2 * 10^-3 м³  
Конечный объем V2 = 4 л = 4 * 10^-3 м³  
Начальное давление P1 = 10^5 Па

Найти: работу, совершенную газом в процессе.

Решение:

Так как отношение давления к объему остается неизменным, можно записать, что процесс является изоперным (P / V = const). В этом случае давление будет изменяться, но всегда с сохранением пропорциональности объему.

1. Найдем давление газа в конечный момент времени. В изоперном процессе давление и объем пропорциональны друг другу:

P1 / V1 = P2 / V2.

Из этого получаем:

P2 = P1 * V2 / V1.

Подставим числовые значения:

P2 = 10^5 * 4 * 10^-3 / 2 * 10^-3 = 2 * 10^5 Па.

2. Работа газа при изоперном расширении рассчитывается по формуле:

A = P * (V2 - V1),

где P — давление газа, принимаем его как среднее значение давления между начальным и конечным состоянием. Среднее давление можно найти как:

Pср = (P1 + P2) / 2.

Подставим значения:

Pср = (10^5 + 2 * 10^5) / 2 = 1,5 * 10^5 Па.

Теперь можем найти работу:

A = Pср * (V2 - V1) = 1,5 * 10^5 * (4 * 10^-3 - 2 * 10^-3).

A = 1,5 * 10^5 * 2 * 10^-3 = 3 * 10^2 Дж = 300 Дж.

Ответ: работа, совершенная газом, составляет 300 Дж.
от