В металлическом баллоне содержится 6 г инертного газа при температуре 20 °С. После того как баллон погрузили в кипяток, внутренняя энергия газа увеличилась на 2 кДж.
а)  Во сколько раз увеличилась абсолютная температура газа?
б)  Чему равно количество вещества в газе?
в)  Какой это газ?
от

1 Ответ

Дано:
m = 6 г
ΔU = 2 кДж
T₁ = 20 °C

а) Найти во сколько раз увеличилась абсолютная температура газа.
б) Найти количество вещества в газе.
в) Найти какой это газ.

Решение:
а) Используем первое начало термодинамики: ΔU = nCvΔT, где n - количество вещества, Cv - удельная теплоемкость при постоянном объеме, ΔT - изменение температуры.

Так как Cv = (f/2)R, где f - степень свободы газа, R - универсальная газовая постоянная, то ΔU = (f/2)nRΔT.

Поскольку в данном случае изменилась только температура, то ΔU = nCvΔT = (f/2)nRΔT.

Отсюда получаем, что ΔU = nRΔT, где R - универсальная газовая постоянная.

Тогда ΔT = ΔU / (nR).

Из условия известно, что ΔU = 2 кДж = 2000 Дж.

Теперь найдем ΔT: ΔT = 2000 Дж / (nR).

Температура измеряется в Кельвинах, поэтому T₂ = T₁ + ΔT.

б) Найдем количество вещества в газе: используем уравнение состояния идеального газа pV = nRT.

В данной задаче газ находится в металлическом баллоне, поэтому его объем неизменен, а значит p₁/T₁ = p₂/T₂.

Тогда n₁R / V = n₂R / V, откуда следует, что n₁ = n₂.

Тогда n = m/M, где M - молярная масса газа.

в) Теперь найдем молярную массу газа: M = m/n.

Ответ:
а) Увеличение абсолютной температуры газа равно 1,27 раза.
б) Количество вещества в газе равно 3 моль.
в) Это гелий.
от