Menu
Два моля идеального одноатомного газа сначала изобарно нагрели, а затем изохорно охладили до первоначальной температуры как показано на рис. 1. Какое количество теплоты сообщено газу при нагревании? Начальная температура газа Т=400 К, давление газа при охлаждении уменьшилось в три раза.


Дано: \( T_{1}=400 \) K

  \( P_{1}=P_{2} \)

  \( P_{1}=3P_{3} \)   

  \( \nu=2 \) моль 

 Какое количество теплоты \( Q \) сообщено газу при нагревании?

Решение. Газ получает количество теплоты \( Q \) на участке 12, т. К. При этом газ совершает работу \( A \) над внешними телами а его внутренняя энергия увеличивается на величину \( \Delta U \). Воспользуемся первым началом термодинамики:

\( Q=A+\Delta U \)-(1)

Поскольку внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры, то ее изменение на участке 12 равно:

  \( \Delta U=\frac{3}{2}\nu*R*(T_{2}-T_{1}) \)-(2)

При этом работа газа равна:

 \( A=P_{1}*(V_{2}-V_{1}) \)-(3)

Из уравнения состояния идеального газа при изобарном процессе следует:

  \( P_{1}*(V_{2}-V_{1})=\nu*R*(T_{2}-T_{1}) \)-(4) 

Подставим в равенство (3) вместо его правой части правую часть уравнения (4), получим:

\( A=\nu*R*(T_{2}-T_{1}) \)-(5)

Подставим в (1) вместо \( A \) и \( \Delta U \) соотвественно правые части выражений (5) и (2), получим:

 \( Q=\nu*R*(T_{2}-T_{1})+\frac{3}{2}\nu*R*(T_{2}-T_{1}) \), приведя подобные в правой части последнего равенства, получим

 \( Q=\frac{5}{2}\nu*R*(T_{2}-T_{1}) \)-(6)

Процесс 12 подчиняется закону Гей-Люссака, поэтому

\( \frac{T_{2}}{V_{2}}=\frac{T_{1}}{V_{1}} \), отсюда выразим \( T_{2} \) 

  \( T_{2}=\frac{T_{1}}{V_{1}}*V_{2} \)-(7)

 Подставим в (6) вместо \( T_{2} \) выражение (7), получим:

 \( Q=\frac{5}{2}\nu*R*(\frac{T_{1}}{V_{1}}*V_{2}-T_{1}) \), или

\( Q=\frac{5}{2}\nu*R*T_{1}(\frac{V_{2}}{V_{1}}-1) \)-(8)

Процесс 23 подчиняется закону Шарля, поэтому

 \( \frac{P_{2}}{T_{2}}=\frac{P_{3}}{T_{3}} \)-(9) 

но по условию \( T_{3}=T_{1} \), \( P_{2}=P_{1] \), \( P_{1}=3P_{3} \)   Тогда (9) примет вид:

    \( \frac{3P_{3}}{T_{2}}=\frac{P_{3}}{T_{1}} \), отсюда

\( T_{2}=3T_{1} \)-(10)

Подставим в (7) вместо \( T_{2} \) выражение (10), получим 

  \( 3T_{1}=\frac{T_{1}}{V_{1}}*V_{2} \), отсюда

 \( \frac{V_{2}}{V_{1}}=3 \)-(11)

И, наконец, подставим в (8) вместо дроби \( \frac{V_{2}}{V_{1}} \) ее значение (выражение (11)), получим

 \( Q=\frac{5}{2}\nu*R*T_{1}(3-1)=5*\nu*R*T_{1} \)

Расчет:

\( Q=5*\nu*R*T_{1}=5*2*8,314*400=33256 \) Дж


ПОХОЖИЕ ЗАДАНИЯ: