Как найти внутреннюю энергию молекул кислорода

2019-12-01   

В сосуде, объем которого $V = 5 л$, находится кислород массой $m = 4 г$ при температуре $t = 13^{ circ} C$. Определите внутреннюю энергию газа и давление газа на стенки сосуда.

Решение:

Считая в данной задаче кислород идеальным газом, можно принять его внутреннюю энергию равной средней кинетической энергии всех молекул газа. Для каждой молекулы идеального двухатомного газа средняя кинетическая энергия определяется формулой:

$W_{i} = frac{5}{2}$, (1)

Число молекул в данной массе газа равно:

$n = frac{m}{ mu} N_{0}$,

где $N_{0}$ — число Авогадро, $frac{m}{ mu}$ — число молей газа. Поэтому средняя кинетическая энергия всей массы газа будет равна:

$W = frac{5}{2} kT frac{m}{ mu} N_{0}$. (2)

Подстановка в уравнение (2) числовых данных задачи и величин $mu, N_{0}, k$, взятых из таблиц, приводит к результату:

$W = 296 Дж$.

Давление газа на стенки сосуда зависит от температуры и от концентрации молекул газа:

$p = n_{0}кT$,

или

$p = frac{m}{ mu} frac{N_{0} }{V} kT$.

Подстановка числовых данных дает результат:

$p = 5,93 cdot 10^{4} Н/м^{2}$.

Страница 1 из 2

46. Азот массой m = 10 г находится при температуре Т = 290 К. Определите: 1) среднюю кинетическую энергия одной молекулы азота; 2) среднюю кинетическую энергию вращательного движения всех молекул азота. Газ считайте идеальным.

47. Кислород массой m = 1 кг находится при температуре Т = 320 К. Определите: 1) кинетическую энергию вращательного движения молекул кислорода; 2) внутреннюю энергию молекул кислорода. Газ считайте идеальным.

48. В закрытом сосуде находится смесь азота массой m₁ = 56 г и кислорода массой m₂ = 64 г. Определите изменение внутренней энергии этой смеси, если ее охладили на 20 °С.

49. Считая азот идеальным газом, определите его удельную теплоемкость: 1) для изохорного процесса; 2) для изобарного процесса.

50. Определите удельные теплоемкости с_v и с_р, если известно, что некоторый газ при нормальных условиях имеет удельный объем v = 0,7 м³/кг. Какой это газ?

51. Определите удельные теплоемкости с_v и с_р смеси углекислого газа массой m₁ = 3 г и азота массой m₂ = 4 г.

52. Определите показатель адиабаты γ для смеси газов, содержащей гелий массой m₁ = 8 г и водород массой m₂ = 2 г.

53. Применяя первое начало термодинамики и уравнение состояния идеального газа, покажите, что разность удельных теплоемкостей c = c_p — c_v = R/M.

54. Кислород массой 32 г находится в закрытом сосуде под давлением 0,1 МПа при температуре 290 К. После нагревания давление в сосуде повысилось в 4 раза. Определите: 1) объем сосуда; 2) температуру, до которой газ нагрели; 3) количество теплоты, сообщенное газом.

55. Определите количество теплоты, сообщенное газу, если в процессе изохорного нагревания кислорода объемом V = 20 л его давление изменилось на Δp = 100 кПа.

56. Двухатомный идеальный газ (ν = 2 моль) нагревают при постоянном объеме до температуры 289 К. Определите количество теплоты, которое необходимо сообщить газу, чтобы увеличить его давление в n = 3 раза.

57. При изобарном нагревании некоторого идеального газа (ν = 2 моль) на ΔT = 90 К ему было сообщено количество теплоты 5,25 кДж. Определите: 1) работу, совершаемую газом; 2) изменение внутренней энергии газа; 3) величину γ = c_p/c_V .

58. Азот массой m = 280 г расширяется в результате изобарного процесса при давлении p = 1 МПа. Определите: 1) работу расширения 2) конечный объем газа, если на расширение затрачена теплота Q = 5 кДж, а начальная температура азота T₁ = 290 К.

59. Кислород объемом 1 л находится под давлением 1 МПа. Определите, какое количество теплоты необходимо сообщить газу, чтобы: 1) увеличить его объем вдвое в результате изобарного процесса; 2) увеличить его давление вдвое в результате изохорного процесса.

60. Некоторый газ массой m = 5 г расширяется изотермически от объема V₁ до объема V₂ = 2V₁. Работа расширения A = 1 кДж. Определите среднюю квадратичную скорость молекул газа.

61. Азот массой m = 14 г сжимают изотермически при температуре T = 300 К от давления p₁ = 100 кПа до давления p₂ = 500 кПа. Определите: 1) изменение внутренней энергии газа; 2) работу сжатия; 3) количество выделившейся теплоты.

62. Некоторый газ массой 1 кг находится при температуре Т = 300 К и под давлением p₁ = 0.5 МПа. В результате изотермического сжатия давление газа увеличилось в два раза. Работа, затраченная на сжатие, А = — 432 кДж. Определите: 1) какой это газ 2) чему равен первоначальный объем газа.

63. Азот массой m = 50 г находится при температуре T₁ = 280 К. В результате изохорного охлаждения его давление уменьшилось в n = 2 раза, а затем в результате изобарного расширения температура газа в конечном состоянии стала равной первоначальной. Определите: 1) работу, совершенную газом; 2) изменение внутренней энергии газа.

64. Работа расширения некоторого двухатомного идеального газа составляет А = 2 кДж. Найти количество подведенной к газу теплоты, если процесс протекал а) изотермически; б) изобарно.

65. При адиабатном расширении кислорода (ν = 2 моль), находящегося при нормальных условиях, его объем увеличился в n = 3 раза. Определите: 1) изменение внутренней энергии газа; 2) работу расширения газа.

66. Азот массой m = 1 кг занимает при температуре T₁ = 300 К объем V₁ = 0,5 м³. В результате адиабатного сжатия давление газа увеличилось в 3 раза. Определите: 1) конечный объем газа; 2) его конечную температуру; 3) изменение внутренней энергии газа.