Как изменится внутренняя энергия и выполняемая работа газа при расширении, если мы нагреваем 5 граммов водорода

Для решения этой задачи нам понадобится знание о термодинамических процессах расширения газа при постоянном давлении.

Первая часть задачи: изменение внутренней энергии и выполняемая работа газа при расширении водорода.

Известно, что внутренняя энергия \( \Delta U \) газа может быть выражена через переданное количество теплоты \( Q \) и совершенную работу \( W \) по следующей формуле:

\[ \Delta U = Q - W \]

В данном случае, мы нагреваем 5 граммов водорода на 200 К при постоянном давлении. Нашей задачей является определить, как изменится внутренняя энергия газа и какую работу газ совершит при расширении.

Для начала, определим количество переданной теплоты \( Q \). Воспользуемся формулой:

\[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \]

где \( m \) - масса газа (в данном случае 5 граммов), \( c \) - удельная теплоемкость газа (в данном случае используем удельную теплоемкость водорода, равную 14,304 Дж/(г·К)), а \( \Delta T \) - изменение температуры (в данном случае 200 К). Подставляя известные значения, получаем:

\[ Q = 5 \, \text{г} \cdot 14,304 \, \text{Дж/(г·К)} \cdot 200 \, \text{К} \]

Решив эту задачу, мы найдем количество переданной теплоты \( Q \) в Джоулях.

Далее, чтобы найти работу \( W \), воспользуемся формулой:

\[ W = p \cdot \Delta V \]

где \( p \) - давление (в данном случае постоянное давление), а \( \Delta V \) - изменение объема газа.

В данном случае, поскольку у нас постоянное давление, изменение объема газа можно найти по формуле:

\[ \Delta V = \frac{m \cdot R \cdot \Delta T}{M} \]

где \( R \) - универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль·К)), а \( M \) - молярная масса газа (в данном случае молярная масса водорода, равная 2 г/моль).

Подставим известные значения и найдем \( \Delta V \).

Теперь, используя найденное значение \( \Delta V \) и известное давление, мы можем найти работу \( W \).

Следовательно, расчеты позволят нам определить, как изменится внутренняя энергия и какую работу газ совершит при расширении для данной задачи.

Вторая часть задачи: определение объема теплоты, переданной неону.

Переданный объем теплоты \( Q \) можно вычислить по той же формуле:

\[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \]

где \( m \) - масса газа (в данном случае 20 граммов), \( c \) - удельная теплоемкость газа (в данном случае используем удельную теплоемкость неона, которая составляет 12,474 Дж/(г·К)), а \( \Delta T \) - изменение температуры (в данном случае 150 К).

Подставляя известные значения, можно вычислить переданный объем теплоты \( Q \) в Джоулях.

Таким образом, расчеты позволят нам определить переданный объем теплоты неону для данной задачи.