Газ переходит из начального состояния 1 в конечное состояние 2 с использованием двух различных процессов: а) при постоянном давлении (изобарный); б) сначала при постоянном объеме, а затем при постоянной температуре (изохорный и изотермический). Посмотрим, как эти переходы выглядят на графиках и определим, одинаковы ли следующие параметры в обоих случаях: 1) изменение внутренней энергии; 2) количество теплоты, затраченное на процесс.
Пошаговый ответ:
Для понимания данной задачи, давайте разберемся с каждым из процессов по отдельности.
а) Изобарный процесс (при постоянном давлении):
-
По графику для изобарного процесса, изменение внутренней энергии определяется как разница между начальной и конечной внутренней энергией (U2 — U1). График изобарного процесса представляет собой прямую линию горизонтально (при постоянном давлении) на диаграмме PV (давление-объем).
-
Количество теплоты (Q) для изобарного процесса можно найти, используя первое начало термодинамики: Q = ΔU + W, где ΔU — изменение внутренней энергии, W — работа. Поскольку давление постоянно, работа связана с изменением объема: W = PΔV.
б) Изохорный и изотермический процессы (сначала при постоянном объеме, а затем при постоянной температуре):
-
В случае изохорного процесса (постоянный объем), изменение внутренней энергии (ΔU) определяется только как работа (Q = ΔU, так как ΔV = 0).
-
В случае изотермического процесса (постоянная температура), изменение внутренней энергии (ΔU) также равно работе (Q = ΔU), но работа в этом случае связана с изменением объема, и она может быть найдена с использованием уравнения состояния идеального газа: PV = nRT (где n — количество вещества, R — универсальная газовая постоянная, T — температура в абсолютной шкале Кельвина).
Сравнивая изменение внутренней энергии и количество теплоты для каждого процесса, мы можем определить, одинаковы ли эти параметры в обоих случаях.
Обратите внимание, что для изохорного процесса (постоянный объем) и изотермического процесса (постоянная температура) изменение внутренней энергии и количество теплоты равны между собой, так как нет работы, связанной с изменением объема в изохорном процессе, и в изотермическом процессе она компенсируется изменением давления и объема, чтобы оставаться равной нулю.
Конечно, давайте разберемся в этой задаче. В начальном состоянии 1 газ переходит в конечное состояние 2 двумя способами: а) при постоянном давлении (изобарный); б) сначала при постоянном объеме, а затем при постоянной температуре (изохорный и изотермический). Нам нужно выяснить, как выглядят эти переходы на графиках и проверить, одинаковы ли следующие параметры в обоих случаях: 1) изменение внутренней энергии; 2) количество теплоты, затраченное на процесс.