В процессе эксперимента газ отдал окружающей среде количество теплоты равное 3 кдж при этом внутренняя энергия газа уменьшилась на 13 кдж. Следовательно, газ расширился совершив работу
В процессе эксперимента газ отдал окружающей среде количество теплоты равное 3 кдж при этом внутренняя энергия газа уменьшилась на 13 кдж. Следовательно, газ расширился совершив работу
Чтобы понять, что произошло в этом процессе, рассмотрим первое начало термодинамики, которое описывает изменение внутренней энергии системы. Оно формулируется следующим образом:
[ \Delta U = Q - A, ]
где:
В данном случае, газ отдал окружающей среде количество теплоты (Q = -3 \text{ кДж}) (знак минус указывает на то, что тепло отдано). Внутренняя энергия газа уменьшилась на (\Delta U = -13 \text{ кДж}). Нам необходимо найти, какую работу (A) совершил газ.
Подставим известные значения в уравнение первого начала термодинамики:
[ -13 \text{ кДж} = -3 \text{ кДж} - A. ]
Решим это уравнение относительно (A):
[ A = -3 \text{ кДж} + 13 \text{ кДж} = 10 \text{ кДж}. ]
Таким образом, газ совершил работу в размере (10 \text{ кДж}). Положительное значение работы указывает на то, что газ действительно расширился, совершив работу против внешних сил (например, против давления окружающей среды).
В данном процессе уменьшение внутренней энергии связано как с отдачей тепла окружающей среде, так и с совершением работы, что соответствует расширению газа.
Первым шагом необходимо определить изменение внутренней энергии газа. Мы знаем, что газ отдал окружающей среде 3 кДж теплоты, поэтому уменьшение внутренней энергии газа составляет 13 кДж. Следовательно, изменение внутренней энергии газа равно 13 кДж - 3 кДж = 10 кДж.
Далее, мы можем использовать первое начало термодинамики, которое утверждает, что изменение внутренней энергии газа равно сумме теплоты, переданной или отданной газу, и работы, совершенной над газом. Таким образом, мы можем записать уравнение:
ΔU = Q - W,
где ΔU - изменение внутренней энергии газа, Q - количество теплоты, W - работа, совершенная газом. Подставляя известные значения, получаем:
10 кДж = 3 кДж - W.
Отсюда находим работу, совершенную газом:
W = 3 кДж - 10 кДж = -7 кДж.
Отрицательный знак означает, что работа была совершена над газом, то есть газ расширился, совершая работу. Таким образом, газ расширился, совершив работу в размере 7 кДж.
