В цилиндре под невесомым поршнем находится воздух, масса которого равна 3 кг. В процессе нагревания при постоянном давлении температура воздуха увеличилась на 100°С. Найти работу, совершаемую воздухом при расширении. Молярная масса воздуха 29 г/моль.
от

1 Ответ

дано:  
масса воздуха m = 3 кг,  
температура воздуха увеличилась на dT = 100 °C = 100 K,  
молярная масса воздуха M = 29 г/моль = 0,029 кг/моль.

найти:  
работу, совершаемую воздухом при расширении.

решение:  
Сначала найдем количество вещества воздуха n в молях, используя формулу:

n = m / M.

Подставим значения:

n = 3 / 0,029 ≈ 103,45 моль.

Работа, совершаемая газом при изобарном процессе, вычисляется по формуле:

W = P * ΔV,

где ΔV — изменение объёма газа. Для нахождения работы нам нужно найти изменение объёма. Используем уравнение состояния идеального газа:

PV = nRT.

При постоянном давлении P работа будет равна:

ΔV = nR(dT) / P.

Теперь воспользуемся универсальной газовой постоянной R = 8,31 Дж/(моль·К). Подставим известные значения:

W = P * (nRT / P) = nRT,

где T — это средняя температура в Кельвинах. Предположим, что начальная температура T₀ была 273 K (около 0°C), тогда конечная температура T_конечная будет:

T_конечная = T₀ + dT = 273 + 100 = 373 K.

Теперь подставим все известные значения для расчета работы:

W = n * R * T_конечная,
W = 103,45 * 8,31 * 373.

Вычислим работу:

W ≈ 103,45 * 8,31 * 373 ≈ 2,008,78 Дж.

ответ:  
Работа, совершаемая воздухом при расширении, составит приблизительно 2008,78 Дж.
от