Как изменяется внутренняя энергия воздуха массой 200 г, который нагревают при постоянном давлении от 40 до 80 С, если его объем увеличивается на 0,01 м³, а давление составляет 150 кПа? Удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении равна 1000 Дж/(кг С), молярная масса воздуха - 29 г/моль.

Физика 11 класс Теплота и внутренняя энергия внутренняя энергия воздуха изменение внутренней энергии нагрев воздуха постоянное давление удельная теплоёмкость молярная масса воздуха объём воздуха давление воздуха физика 11 класс термодинамика воздуха Новый

Для решения этой задачи нам нужно учесть два основных аспекта: изменение внутренней энергии воздуха и работу, совершаемую при его нагревании. Давайте подробно рассмотрим каждый шаг.

Шаг 1: Найдем изменение температуры

Температура изменяется от 40 °C до 80 °C. Таким образом, изменение температуры (ΔT) можно вычислить следующим образом:

• ΔT = T2 - T1 = 80 °C - 40 °C = 40 °C

Шаг 2: Найдем массу воздуха в килограммах

Масса воздуха дана в граммах, поэтому преобразуем ее в килограммы:

• m = 200 г = 0,2 кг

Шаг 3: Найдем количество теплоты, необходимое для нагрева воздуха

Количество теплоты (Q), необходимое для нагрева воздуха при постоянном давлении, можно рассчитать по формуле:

• Q = m * c * ΔT

где:

• m - масса воздуха (0,2 кг),
• c - удельная теплоемкость воздуха (1000 Дж/(кг·С)),
• ΔT - изменение температуры (40 °C).

Подставим значения в формулу:

• Q = 0,2 кг * 1000 Дж/(кг·С) * 40 °C = 8000 Дж.

Шаг 4: Найдем работу, совершаемую при расширении воздуха

Работа (A), совершаемая при расширении газа при постоянном давлении, рассчитывается по формуле:

• A = P * ΔV

где:

• P - давление (150 кПа = 150000 Па),
• ΔV - изменение объема (0,01 м³).

Подставим значения в формулу:

• A = 150000 Па * 0,01 м³ = 1500 Дж.

Шаг 5: Найдем изменение внутренней энергии

Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии (ΔU) можно найти по формуле:

• ΔU = Q - A.

Теперь подставим значения:

• ΔU = 8000 Дж - 1500 Дж = 6500 Дж.

Ответ: Изменение внутренней энергии воздуха составляет 6500 Дж.