Внутренняя энергия данной массы одноатомного газа при изохорном охлаждении уменьшилась на 120 кДж. Какое количество теплоты надо сообщить газу для последующего изобарного нагревания до начальной температуры?
от

1 Ответ

дано:  
- уменьшение внутренней энергии ΔU = 120 кДж = 120000 Дж  
- количество вещества n (не указано, будем считать, что оно нам не нужно для расчета количества теплоты)  

найти:  
- количество теплоты Q, необходимое для изобарного нагревания газа до начальной температуры  

решение:  
Внутренняя энергия одноатомного газа определяется формулой:  
U = (3/2) * n * R * T,  
где R = 8.31 Дж/(моль·К) — универсальная газовая постоянная.

При изохорном процессе изменение внутренней энергии равно количеству теплоты, подведенному к газу или отведенному от него:  
ΔU = Q_изохорное.  
Так как в данном случае внутреняя энергия уменьшилась на 120000 Дж, это означает, что газ отдал эту теплоту окружающей среде:  
Q_изохорное = -ΔU = -120000 Дж.  

Теперь переходим к изобарному процессу. При изобарном нагревании количество теплоты, подводимое к газу, можно рассчитать по формуле:  
Q = n * C_p * ΔT,  
где C_p = (5/2) * R — удельная теплоемкость при постоянном давлении для одноатомного газа,  
ΔT — изменение температуры.

Изменение температуры ΔT можно найти следующим образом:  
при изохорном охлаждении температура изменилась с T1 до T2, где:  
ΔU = n * (3/2) * R * (T2 - T1).  

Значит:  
ΔU = (3/2) * n * R * (T2 - T1).  
Из этого уравнения мы можем выразить изменение температуры:  
T2 - T1 = (2/3nR) * ΔU.  

Поскольку нам надо довести газ до начальной температуры T1, то изменение температуры при изобарном нагревании будет равно:  
ΔT = T1 - T2 = - (T2 - T1) = -(2/3nR) * ΔU.  

Теперь заменим ΔT в формуле для Q:  
Q = n * C_p * ΔT  
Q = n * (5/2) * R * [-(2/3nR) * ΔU]  
Q = - (5/2) * (2/3) * ΔU  
Q = - (5/3) * ΔU.  

Теперь подставим значение ΔU:  
Q = - (5/3) * (-120000 Дж)  
Q = (5/3) * 120000 Дж  
Q = 200000 Дж.  

ответ:  
Количество теплоты, необходимое для изобарного нагревания газа до начальной температуры, составляет 200000 Дж.
от