В закрытом сосуде объемом 2 л при нормальном атмосферном давлении находится идеальный одноатомный газ. Какое изменение внутренней энергии этого газа произойдет, если его температура увеличится в два раза?

Физика Колледж Термодинамика идеального газа изменение внутренней энергии Идеальный газ температура объём атмосферное давление одноатомный газ физика 12 класс Новый

Для решения этой задачи нам необходимо использовать некоторые физические понятия, связанные с идеальным газом и его внутренней энергией.

Шаг 1: Определение начальных условий

• Объем газа: V = 2 л = 0.002 м³ (переведем в кубические метры).
• Нормальное атмосферное давление: P = 101325 Па.
• Идеальный одноатомный газ.

Шаг 2: Формула для внутренней энергии

Внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется по формуле:

U = (3/2) * n * R * T,

где:

• U - внутренняя энергия газа;
• n - количество молей газа;
• R - универсальная газовая постоянная (приблизительно 8.31 Дж/(моль·К));
• T - температура газа в Кельвинах.

Шаг 3: Найдем количество молей газа

Используя уравнение состояния идеального газа:

P * V = n * R * T.

При нормальной температуре (T = 273 K) и нормальном давлении (P = 101325 Па) подставим известные значения:

n = (P * V) / (R * T) = (101325 * 0.002) / (8.31 * 273).

После расчетов мы получим количество молей газа n.

Шаг 4: Изменение температуры

По условию задачи температура газа увеличивается в два раза. Если начальная температура T была 273 K, то новая температура T' = 2 * T = 2 * 273 K = 546 K.

Шаг 5: Найдем изменение внутренней энергии

Теперь подставим новые значения температуры в формулу для внутренней энергии:

U' = (3/2) * n * R * T'.

Изменение внутренней энергии ΔU будет равно:

ΔU = U' - U = (3/2) * n * R * T' - (3/2) * n * R * T.

Фактор (3/2) * n * R можно вынести за скобки:

ΔU = (3/2) * n * R * (T' - T) = (3/2) * n * R * (546 - 273).

Шаг 6: Подсчет изменения внутренней энергии

Теперь, подставив значение n, R и разницу температур, мы сможем найти ΔU.

Таким образом, изменение внутренней энергии газа будет равно (после подстановки всех значений и расчетов):

ΔU = (3/2) * n * R * 273.

Это и будет искомое изменение внутренней энергии газа при увеличении температуры в два раза.