Какую работу совершают внешние силы, сколько теплоты получает газ и как изменяется его внутренняя энергия

Для решения этой задачи нам понадобится использовать несколько законов и формул из физики. Начнем с определения работы, которую совершают внешние силы.

Работа, совершаемая внешними силами, определяется как произведение силы, действующей на объект, на перемещение этого объекта в направлении силы. В данном случае, силой будет выступать гравитационная сила, и перемещением — изменение высоты объекта.

Формула для расчета работы выглядит следующим образом:

\[Работа = Сила \cdot Перемещение \cdot \cos(\theta)\]

Теперь, когда мы знаем, что работа определяется изменением высоты объекта, можем сказать, что данная задача предполагает отсутствие перемещения газа в вертикальном направлении. Следовательно, работа внешних сил будет равна нулю.

Для расчета количества получаемой теплоты воспользуемся формулой:

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

где Q - количество получаемой теплоты, m - масса газа, c - удельная теплоемкость газа, \(\Delta T\) - изменение температуры.

В нашей задаче даны следующие значения: масса кислорода - 400 г, удельная теплоемкость кислорода - 920 Дж/(кг·К), и задано изменение температуры \(\Delta T = 20\) °C.

Давайте подставим все значения в формулу:

\[Q = 0,4 \, \text{кг} \cdot 920 \, \text{Дж/(кг·К)} \cdot 20 \, \text{°C}\]

Выполняем простые вычисления:

\[Q = 7360 \, \text{Дж}\]

Таким образом, газ получает 7360 Дж теплоты при нагревании.

Наконец, вычислим изменение внутренней энергии газа при нагревании. Изменение внутренней энергии можно выразить через полученное количество теплоты следующей формулой:

\[\Delta U = Q\]

Подставляем значение Q, которое мы только что вычислили:

\[\Delta U = 7360 \, \text{Дж}\]

Таким образом, изменение внутренней энергии газа при нагревании составляет 7360 Дж.