Внутренняя энергия 2 молей

2)
ΔU=3/2 · ∨ · R · ΔT — изменение внутренней энергии
ΔU=3/2 · 10 · 8,31 · 100
ΔU=12,465 · 10³ Дж
Δ U≈1,2 · 10⁴ Дж

3)
Q=ΔU+А — количество теплоты
Q=1,2 · 10⁴ + 8,31 · 10³
Q=12 · 10³ + 8,31 · 10³
Q=20,31 · 10³ Дж
Q≈20 кДж

Ответ: А=8,31 · 10³ Дж
ΔU=1,2 · 10⁴ Дж
Q=20 кДж

2.
Дано:
V=200 м³
t=200°C
φ=70 %
________
m-?

Решение:
Массу определим, используя следующую формулу:
m=ρV (1)

Где m-масса водяных паров, ρ-плотность водяного пара, V-объем комнаты.
Плотность можно определить через относительную влажность воздуха φ:
φ=ρ/ρ₀ · 100 % ⇒ ρ=φρ₀/100 % (2)
Здесь ρ₀=17,3 г/м³ плотность насыщенного водяного пара при температуре 20°С.
Подставим формулу (2) в (1) и найдем массу:
m=φρ₀/100 % · V
m=70 · 17,3/100 · 200
m=2422 г
m≈2 кг

Ответ: m=2 кг

3.
Дано:
Процесс-изобарный
m=20 г=0,02 кг
Т₁=290 К
Т₂=300 К
R=8,31 Дж/моль · К
_____________________
А-?
ΔU-?

Решение:
При изобарном процессе при изобарном процессе газ совершает работу тепло поглощается. Первый закон термодинамики выглядит так:
Q=ΔU+A
Где A-работа газа.

Q=mc(t₂-t₁)
Здесь с=920 Дж/кг · °С -удельная теплоемкость углекислого газа при постоянном давлении.
Температура равна:
t=T-273
t₁=T₁-273=290-273=17°С
t₂=T₂-273=300-273=27°С

Теперь найдем количество теплоты:
Q=0,02 · 920 · (27-17)
Q=184 Дж

Теперь найдем ΔU по формуле:
ΔU=3/2 · ∨ · R · ΔT
Где ν=m/M
Здесь М-молярная масса углекислого газа, находится по формуле:
M=Mr · 10⁻³
Mr(CO₂)=12+16 · 2=44
M=44 · 10⁻³ кг/моль

Итак:
ν=0,02/44 · 10⁻³
ν≈4,5

Теперь найдем ΔU:
ΔU=3/2 · 4,5 · 8,31 · (30-290)
ΔU≈561 Дж

Теперь, зная количество теплоты и изменение внутренней энергии найдем работу газа:
Q=ΔU+A
A=Q-ΔU
A=184-561
A=-377 Дж

Внутренняя энергия 2 молей

4. Необходимо расплавить лёд массой 0,2 кг, имеющий температуру 0 о С. Выполнима ли эта задача, если потребляемая мощность нагревательного элемента – 400 Вт, тепловые потери составляют 30%, а время работы нагревателя не должно превышать 5 минут?
Образец возможного решения

4*. Теплоизолированный горизонтальный сосуд разделён пористой перегородкой на две равные части. В начальный момент в левой части сосуда находится ν = 2 моль гелия, а в правой – такое же количество моль аргона. Атомы гелия могут проникать через перегородку, а для атомов аргона перегородка непроницаема. Температура гелия равна температуре аргона: Т = 300 К. Определите отношение внутренних энергий газов по разные стороны перегородки после установления термодинамического равновесия.
Образец возможного решения

4**. Теплоизолированный цилиндр разделён подвижным теплопроводным поршнем на две части. В одной части цилиндра находится гелий, а в другой – аргон. В начальный момент температура гелия равна 300 К, а аргона – 900 К; объёмы, занимаемые газами, одинаковы, а поршень находится в равновесии. Поршень медленно перемещается без трения. Теплоёмкость поршня и цилиндра пренебрежимо мала. Чему равно отношение внутренней энергии гелия после установления теплового равновесия к его энергии в начальный момент?
Образец возможного решения

6. В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Первоначальное давление газа p₁ = 4•10 5 Па. Расстояние от дна сосуда до поршня равно L. Площадь поперечного сечения поршня S = 25 см 2 . В результате медленного нагревания газ получил количество теплоты Q = 1,65 кДж, а поршень сдвинулся на расстояние x = 10 см. При движении поршня на него со стороны стенок сосуда действует сила трения величиной F_тр = 3•10 3 Н. Найдите L. Считать, что сосуд находится в вакууме.
Образец возможного решения

8. 10 моль одноатомного идеального газа сначала охладили, уменьшив давление в 3 раза, а затем нагрели до первоначальной температуры 300 К (см. рисунок). Какое количество теплоты получил газ на участке 2 — 3?
Образец возможного решения

9. 10 моль идеального одноатомного газа охладили, уменьшив давление в 3 раза. Затем газ нагрели до первоначальной температуры 300 К (см. рисунок). Какое количество теплоты сообщено газу на участке 2 — 3?
Образец возможного решения

10. 1 моль идеального одноатомного газа сначала охладили, а затем нагрели до первоначальной температуры 300 К, увеличив объем газа в 3 раза (см. рисунок). Какое количество теплоты отдал газ на участке 1 — 2?
Образец возможного решения

10*. Над одноатомным идеальным газом проводится циклический процесс, показанный на рисунке. На участке 1–2 газ совершает работу А₁₂ = 1000 Дж. На адиабате 3–1 внешние силы сжимают газ, совершая работу |A₃₁| = 370 Дж. Количество вещества газа в ходе процесса не меняется. Найдите количество теплоты |Q_хол|, отданное газом за цикл холодильнику.
Образец возможного решения

Главная

От создателя:

Очень часто мне приходилось проводить бесследно потеряные часы за поисками книг и научных работ всвязи с необходимостью написания рефератов, дипломных, диссертаций. Я искал книги в библиотеках и в интернете. Во время этих поисков, я понял насколько трудно в наше время найти нормальные источники информации, на которые можно было бы опереться в ходе написания научных работ. Проблема заключается в том, что в библиотеке усложнена система поиска — приходится механически перебирать очень много книг, а в интернете слишком много рекламы и когда натыкаешься на долгожданную нужную книгу, тебе её тут же предлагают купить! Но разве нужна Вам эта книга из 400 или более страниц, если нужно-то из неё всего одна глава или вообще обзац текста — для того, чтобы понять смысл, мнение того или иного автора относительно той или иной проблемы, и сослаться на его работу. Без злого умысла плагиата или воровства интеллектуального имущества. Наоборот, для освещения работы автора, использования по назначению его не напрасных трудов. Разве знания не должны быть более доступны для более прогрессивного развития общества?

Именно поэтому и был создан этот проект — чтобы помочь тем, кто нуждается в помощи, подобно тому, как я нуждался в ней. Здесь выложены книги в черновом текстовом варианте, чтобы, используя поиск, вы могли найти нужную информацию и сослаться на определённую книгу определённого автора. Теперь не придётся покупать книги, не зная, пригодятся они Вам или нет.

Следует отметить, что страницы на сайте могут не совпадать со страницами книги, так как книги на сайте искусственно поделены на примерно равные части для удобства поиска, чтения и меньшей загрузки браузера. Также не стоит браниться относительно ошибок в тексте или неверным отображением формул (разделы химии, математики, физики и др..). Напомню, что текст выложен для того, чтобы Вы могли найти и скачать нужную Вам книгу. Если же Вы желаете исправить данное упущение, то ваша помощь проекту приветствуется — Ваши старания не оставят равнодушными очень многих людей.

Также есть возможность скачать книги в электронном варианте для более подробного изучения.

На данный момент на сайте доступны работы следующих авторов:

Внутренняя энергия 2 молей

Какую работу совершил идеалный одноатомный газ и как при этом изменилась его внутренняя энергия при изобарном нагревании 2 молей газа на 50К? Какое кол-во теплоты получил газ в процессе теплообмена?

Согласно первому закону термодинамики при изобарном процессе теплота расходуется на изменение внутренней энергии и работу газа Q=∆U+A.

Работа газа в изобарном процессе равна: А =P∆V= νR∆T = 2*8.31*50 = 831Дж

Изменение внутренней энергии для идеального одноатомного газа

∆U= 3/2*νR∆T=3/2 * 2*8.31*50 =1246.5 Дж

Q=1246.5 + 831 =2077.5 Дж

Ответ 831Дж ; 1246.5 Дж ; 2077.5 Дж

Внутренняя энергия 2 молей

Тема 2. Молекулярная физика и термодинамика.

Молекулярная физика

Основные понятия
Количество вещества измеряется в молях (n).
n — число молей
1 моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же частиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода . Число молекул в одном моле вещества численно равно постоянной Авогадро N_A.

Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории.

Основным уравнением молекулярно-кинетической теории газа является уравнение:

Уравнение Клапейрона-Менделеева, изопроцессы.

Состояние идеального газа характеризуют давлением р, объемом V, температурой Т.
[p]=Паскаль (Па), [V]=м3, [T]=Кельвин (К).
Уравнение состояния идеального газа:

1. Если m=const, T=const – изотермический процесс.

Уравнение процесса:

2. Если m=const, V=const – изохорический процесс.

Уравнение процесса: .

3. Если m=const, p=const – изобарический процесс.

Уравнение процесса:

4. Адиабатический процесс – процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Это очень быстрый процесс расширения или сжатия газа.

Насыщенный пар, влажность.

Абсолютная влажность – давление р водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре.
Относительная влажность – отношение давления р водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению ро насыщенного водяного пара при той же температуре:

Термодинамика

Термодинамика изучает наиболее общие закономерности превращения энергии, но не рассматривает молекулярного строения вещества.
Всякая физическая система, состоящая из огромного числа частиц – атомов, молекул, ионов и электронов, которые совершают беспорядочное тепловое движение и при взаимодействии между собой обмениваются энергией, называется термодинамической системой. Такими системами являются газы, жидкости и твердые тела.

Внутренняя энергия.

Термодинамическая система обладает внутренней энергией U. При переходе термодинамической системы из одного состояния в другое происходит изменение ее внутренней энергии.
Изменение внутренней энергии идеального газа равно изменению кинетической энергии теплового движения его частиц.
Изменение внутренней энергии DU при переходе системы из одного состояния в другое не зависит от процесса, по которому совершался переход.
Для одноатомного газа:

Работа в термодинамике.

Первый закон термодинамики.

Закон сохранения энергии в термодинамике называют: первый закон термодинамики.
Первый закон термодинамики:

КПД тепловой машины.

Тепловой машиной называется периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет получаемого извне количества теплоты. Тепловая машина должна состоять из трех частей: 1) рабочего тела – газа (или пара), при расширении которого совершается работа; 2) нагревателя – тела, у которого за счет теплообмена рабочее тело получает количество теплоты Q1; 3) холодильника (окружающей среды), отбирающего у газа количество теплоты Q2.
Нагреватель периодически повышает температуру газа до Т1, а холодильник понижает до Т2.
Отношение полезной работы А, выполненной машиной, к количеству теплоты, полученной от нагревателя, называется коэффициентом полезного действия машины h:

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Какое число молекул содержит 1 моль кислорода?
2. Получите из уравнения Менделеева-Клапейрона уравнение изобарического процесса.
3. По графикам изопроцессов в координатных осях V-T постройте графики тех же процессов в координатных осях p-V.
4. Определите температуру в состоянии В, если в состоянии А Т=200 К.
5. Два сосуда объемами V1 и V2 заполнены идеальным газом при давлении р1 и р2. Какое установится давление в сосудах, если их соединить между собой? Температура не изменяется.
6. Докажите, что удельная теплоемкость газа при постоянном давлении больше, чем при постоянном объеме.
7. Идеальному газа передается количество теплоты таким образом, что в любой момент времени переданное количество теплоты Q равно работе А, совершенной газом. Какой процесс осуществлен?
8. Идеальный газ переходит из состояния М в состояние N тремя различными способами, представленными на диаграмме p-V. В каком случае работе будет минимальной?
9. Идеальному газу передано количество теплоты 5 Дж и внешние силы совершили над ним работу 8 Дж. Как изменится внутренняя энергия газа?
10. Каково максимально возможное КПД тепловой машины, использующей нагреватель с температурой 427о С и холодильник с температурой 27о С.

Ответы и решения

1. Моль любого вещества содержит одинаковое число молекул, равное числу Авогадро:

СПАДИЛО.РУ

Термодинамика

В задании №9 ЕГЭ по физике необходимо продемонстрировать знания в области такого раздела физики, как термодинамика. Работа идеального газа, КПД тепловых машин, циклы — вот, что ждет нас в девятом задании.

Теория к заданию № 9 ЕГЭ по физике

Работа идеального газа

Пусть газ находится в сосуде, в котором есть поршень. Работа равна произведению силы на перемещение: A=F(h₁ – h₂).

Сила давления на стенки сосуда и поршень равна произведению давления газа p на площадь поверхности S. Тогда работа газа равна

Следовательно, газ выполняет работу, если изменяется его объём.

При постоянном давлении работа –это произведение давления и разности объёмов.

Молекулы газа обладают кинетической энергией и при сильном сжатии газа ведут себя как упругие тела. Это означает, что они обладают ещё и потенциальной энергией. Кинетическая и потенциальная энергия молекул, из которых состоит газ, в сумме составляют внутреннюю энергию газа U.

Внутренняя энергия газа может быть рассчитана по формуле:

где ν – кол-во вещество, измеряемое в молях; R – универсальная газовая постоянная (R=8,31 Дж/(моль·К)); T – температура газа.

Если изменять одновременно температуру Т и давление р с объёмом V, разобраться в закономерностях изменения состояния газа тяжело.

Газовые процессы

1. Изобарный процесс происходит при постоянном давлении, т.е. p = const. При нем теплота Q затрачивается на увеличение объёма газа и повышение температуры.
2. Изохорный процесс происходит при поддержании постоянного объема, т.е. при V = const. Работа в данном случае не выполняется, а теплота, получаемая газом, затрачивается на изменение внутренней энергии.
3. Изотермический проходит при постоянной температуре (T=const). В этом случае теплота идёт на изменение объёма, то есть на выполнение работы. При изотермическом процессе Q = А.

Графики газовых процессов изображены на рисунках ниже.

Количество теплоты, которое необходимо затратить при нагревании тела массой т, на Δt градусов, определяется формулой Q=cmΔt. Здесь с – удельная теплоемкость материала, из которого изготовлено тело.

КПД тепловой машины

Здесь Q₁ – количество теплоты, полученное от нагревателя, Q₂ – количество теплоты,которое отдано холодильнику, A- полезная работа.

Разбор типовых заданий №9 ЕГЭ по физике

Демонстрационный вариант 2018

На ТV-диаграмме показан процесс изменения состояния идеального одноатомного газа. Газ получил количество теплоты, равное 50 кДж. Какую работу совершил газ в этом процессе, если его масса не меняется?

Алгоритм решения:

1. Анализируем условие задачи. Записываем уравнение 1-го закона термодинамики.
2. Записываем формулу для расчета внутр.энергии. Находим ее значение.
3. Определяем работу,

Решение:

1. По условию задачи газ получил 50 кДж теплоты. После этого газ выполнил работу.По 1-му закону термодинамики Q=A+∆U (1)

2. ∆U можно найти из уравнения: ∆ = 3_/2 ∆ , поскольку на графике представлена зависимость объема от температуры. Видно, что процесс, изображенный на рисунке, является изотермическим, т.е. Т₁=Т₂. А это в свою очередь означает, что ∆Т=Т₂–Т₁=0 и, следовательно, ∆U=0.

3. Получаем из (1): A=Q=50 кДж

Первый вариант задания (Демидова, №1)

На рТ-диаграмме показан процесс изменения состояния 4 моль идеального газа. Внутренняя энергия газа увеличилась на 40 кДж. Какую работу совершил газ в этом процессе?

Алгоритм решения:

1. Анализируем задание и график, на котором изображен газовый процесс.
2. Устанавливаем вид процесса.
3. Определяем работу, которая выполняется в данном случае.
4. Записываем ответ.

Решение:

1. Из рисунка видно, что давление прямо пропорционально зависит от температуры, т.е. p=αT, Здесь α – некоторый коэффициент. Согласно уравнению Менделеева – Клапейрона имеем:

Отсюда

2. Значит, процесс изохорный. При нем объем не меняется.

3. Работа газа всегда связана расширением или сжатием газа, чего в данном случае не происходит. Значит, работа при этом не производится. Она равна 0.

Второй вариант задания (Демидова, №8)

Кусок алюминия массой 5 кг нагрели от 20 °С до 100 °С. Какое количество теплоты было затрачено на его нагрев?

Алгоритм решения:

1. Записываем формулу для определения количества теплоты.
2. Вычисляем количество теплоты, подставив приведенные в условии значения величин.
3. Записываем ответ.

Решение:

1. Количество теплоты Q, которое затрачивается на нагревание куска определяется по формуле: Q=cmΔt.

2. Масса тела по условию равна т=5 кг, теплоемкость алюминия равна с = 900 Дж/(кг· 0 С), а разность температур Δt = 100 0 -20 0 = 80 0 .

Имеем: Q= 900∙5∙80= 360000Дж =360 кДж.

Третий вариант задания (Демидова, №28)

Тепловая машина с КПД 40 % совершает за цикл полезную работу 60 Дж. Какое количество теплоты машина получает за цикл от нагревателя?

Алгоритм решения:

1. Записываем формулу КПД для тепловой машины.
2. Подставляем числовые значения и вычисляем требуемое количество теплоты.
3. Записываем ответ.

Решение:

1. КПД тепловой машины вычисляется по формуле:

где Q1 – количество теплоты, которое получает тепловая машина от нагревателя; А – полезная работа. По условию A = 60 Дж. А коэффициент полезного действия равен 40%= 0,4. Из формулы получаем: