Видеоучебник / Физика / Решение задач по основам МКТ, оптике и квантовой физике / Внутренняя энергия тел. Изменение внутренней энергии

Внутренняя энергия тел. Изменение внутренней энергии

Урок 7. Решение задач по основам МКТ, оптике и квантовой физике

Согласно МКТ все вещества состоят из частиц, которые находятся в непрерывном тепловом движении и взаимодействуют друг с другом. Поэтому, даже если тело неподвижно и имеет нулевую потенциальную энергию, оно обладает энергией — внутренней энергии, представляющей собой суммарную энергию движения и взаимодействия микрочастиц, составляющих тело. На этом занятии мы научимся рассчитывать значение внутренней энергии идеального газа.

Конспект урока "Внутренняя энергия тел. Изменение внутренней энергии"

Данная тема посвящена решению задач на внутреннюю энергию тел и изменение внутренней энергии.

Задача 1. Как изменится внутренняя энергия идеального газа, если его давление увеличить вдвое, а объем уменьшить в 4 раза?

ДАНО:

РЕШЕНИЕ

Запишем уравнение Менделеева — Клапейрона

Внутренняя энергия идеального газа определяется по формуле

Запишем внутреннюю энергию для двух состояний идеального газа.

Внутренняя энергия газа в начальном состоянии

Внутренняя энергия газа в конечном состоянии

Тогда

Ответ: внутренняя энергия газа уменьшится в два раза.

Задача 2. Одноатомный газ, находящийся при нормальных условиях и занимающий объем 20 л, охладили на 91 К. Определите изменение внутренней энергии газа.

ДАНО:

РЕШЕНИЕ

Изменение внутренней энергии идеального газа мы определим, как разность между конечным значением внутренней энергии и ее начальным значением

Запишем уравнения для определения внутренней энергии газа в начальном и конечном состояниях

Так как по условию задачи газ находится при нормальных условиях, то его молярной объем равен

Тогда изменение внутренней энергии идеального газа

Ответ: внутренняя энергия газа уменьшилась на 1 кДж.

Задача 3. Определите увеличение внутренней энергии одноатомного газа, находящегося под давлением 1,6 ∙ 10⁵ Па, если его объем изобарно увеличивается на 0,6 м³.

ДАНО:

РЕШЕНИЕ

Запишем формулу, по которой можно рассчитать изменение внутренней энергии идеального газа

Начальные параметры газа:

Конечные параметры газа:

Уравнение Менделеева — Клапейрона для двух состояний газа:

Тогда из системы уравнений

получаем, что

Ответ: внутренняя энергия увеличилась на 1,4 ∙ 10⁵ Дж.

Задача 4. В ходе некоторого процесса давление и объем газа изменяются таким образом, что pV ³ = const. Во сколько раз уменьшится внутренняя энергия данного газа при увеличении его объема вдвое? Масса газа постоянна.

ДАНО:

РЕШЕНИЕ

И так, в задаче рассматривается процесс изменения состояния газа. Параметры газа в начальном состоянии равны соответственно:

Конечные параметры газа:

Внутренняя энергия газа в начальном и конечном состоянии:

Запишем уравнение состояния Менделеева-Клапейрона для двух состояний

Тогда искомая величина равна

Т.к.

Ответ: внутренняя энергия газа уменьшится в 4 раза.

Задача 5. Определите изменение внутренней энергии 1 кг идеального газа, охлаждающегося при постоянном объеме, если начальная температура газа равна 423 К, а давление в результате охлаждения уменьшилось от 8,08 до 2,02 кПа. Удельная теплоемкость газа 700 Дж/(кг ∙ К).

ДАНО: