Какова изменение внутренней энергии, работы и тепла для кислорода, массой 16 г, который нагревается от температуры

Чтобы решить эту задачу, нам нужно использовать основные уравнения термодинамики, связанные с изменением внутренней энергии, работы и тепла.

Известные данные:
Масса $m$ кислорода: 16 г
Начальная температура $T_1$: 320 K
Конечная температура $T_2$: 340 K
Постоянное давление $P$: по условию не указано, но мы будем считать его постоянным.

Изменение внутренней энергии $\mathrm{\Delta }U$ определяется следующим уравнением:

$\mathrm{\Delta }U=m\cdot c\cdot \mathrm{\Delta }T$,

где $c$ - теплоемкость (количество теплоты, необходимое для нагрева вещества на 1 градус Цельсия), а $\mathrm{\Delta }T$ - изменение температуры ($\mathrm{\Delta }T=T_2-T_1$).

Теплоемкость $c$ кислорода примерно составляет 0.92 Дж/(г·°C).

Подставляя известные значения, получаем:

$\mathrm{\Delta }U=16\cdot 0.92\cdot (340-320)=16\cdot 0.92\cdot 20=294.4$ Дж.

Изменение внутренней энергии кислорода составляет 294.4 Дж.

Следующим шагом является расчет работы $W$, которую совершает газ при постоянном давлении. Формула для расчета работы имеет вид:

$W=P\cdot \mathrm{\Delta }V$,

где $\mathrm{\Delta }V$ - изменение объема газа. В этой задаче объем газа не указан, но мы можем его проигнорировать, поскольку только температура изменяется, а объем остается постоянным.

Поскольку $\mathrm{\Delta }V=0$, то работа $W=0$ Дж.

Наконец, остается определить количество тепла $Q$, поглощенное газом при нагревании. В данной задаче при постоянном давлении тепло и работа связаны следующим уравнением:

$Q=\mathrm{\Delta }U+W$.

Подставляя известные значения, получаем:

$Q=294.4+0=294.4$ Дж.

Количество тепла, поглощенное кислородом при нагревании, составляет 294.4 Дж.

Таким образом, изменение внутренней энергии равно 294.4 Дж, работа совершена не была (0 Дж), а количество поглощенного тепла составляет 294.4 Дж.