Один моль идеального газа сначала охладили, а затем нагрели до первоначальной температуры 300 К, увеличив его объём в 3 раза. Какое количество теплоты отдал газ в процессе 1–2?
от

1 Ответ

дано:  
количество молей газа n = 1 моль  
начальная температура T1 = 300 К  
конечный объём V2 = 3 * V1 (где V1 - начальный объём)  

найти:  
количество теплоты Q, отданное газом в процессе 1–2  

решение:  
В процессе 1–2 газ охладился, а затем его объём увеличился в 3 раза при возвращении к первоначальной температуре. Основные этапы решения:

1. Используем уравнение состояния идеального газа, которое связывает давление, объём и температуру:  
PV = nRT.  
При переходе от состояния 1 к состоянию 2, так как объём увеличивается в 3 раза, можем записать:  
P1 * V1 = n * R * T1.  
P2 * V2 = n * R * T2, где T2 = T1 (возвращаемся к исходной температуре).

2. Изменение объёма:
V2 = 3 * V1.  
Таким образом, для конечного давления P2:  
P2 = (n * R * T2) / V2 = (n * R * T1) / (3 * V1) = P1 / 3.

3. Теперь найдём количество теплоты, которое отдал газ при охлаждении. В этом случае тепло отдаётся при постоянном объёме, поэтому используем формулу для количества теплоты, отданного при охлаждении:  
Q = n * C_v * (T2 - T1),  
где C_v — теплоёмкость при постоянном объёме для одноатомного идеального газа, равная (3/2) * R.

4. Подставляем значения:  
C_v = (3/2) * R = (3/2) * 8,31 ≈ 12,47 Дж/(моль·К).  
Так как T2 < T1 при охлаждении, может быть полезно обозначить это наглядно:  
Q = n * C_v * (T2 - T1) = 1 * 12,47 * (T2 - 300).  

5. Чтобы найти T2, необходимо учитывать, что газ вернётся к температуре 300 K, что значит, T2 должна быть ниже 300 K, но точное значение T2 в данной задаче не дано. Однако, можно сказать, что при значительном понижении температуры, например T2 = 200 K, тогда:  
Q = 1 * 12,47 * (200 - 300) = 1 * 12,47 * (-100) = -1247 Дж.  

Это означает, что газ отдал 1247 Дж при уменьшении температуры до 200 К.

ответ:  
количество теплоты, отданное газом в процессе 1–2, зависит от конечной температуры T2, например, если T2 = 200 K, то Q ≈ 1247 Дж.
от