Консультация № 185166
13.01.2012, 10:33
53.00 руб.
0 3 1
Здравствуйте! Прошу помощи в следующем вопросе:
В вертикальном цилиндре под тяжелым поршнем находится кислород массы м=2 кг. Для повышения его температуры на дельта Т = 5 К ему было сообщено количество теплоты Q= 9160 Дж.
Найти: 1) Cpm
2) Работу расширения L
3) Увеличение внутренней энергии дельта V.

Обсуждение

давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
14.01.2012, 18:23
общий
это ответ
Здравствуйте, Николай Алексеевич!

Представляется, что задачу можно решить следующим образом.

Запишем в сокращённой форме заданные и подлежащие вычислению параметры, используя общепринятые обозначения.

Дано: i = 5, [$956$] = 3,2 [$183$] 10-2 кг/моль, m = 2 кг, [$916$]T = 5 К, Q = 9160 Дж.
Определить: Cpm, A, [$916$]U.

Решение.

Полагаем, что кислород подчиняется законам идеального газа, а процесс нагревания происходит при постоянном давлении (по всей видимости, в условии задачи подчёркнуто, что поршень тяжёлый, потому что в этом случае инерционность поршня достаточно велика для того, чтобы можно было считать процесс квазистатическим, т. е. происходящим весьма медленно).

Тогда выполняется соотношение
A = p[$916$]V = (m/[$956$])R[$916$]T = (2/(32 [$183$] 10-3)) [$183$] 8,314 [$183$] 5 [$8776$] 2598 (Дж) - работа расширения.

Находим увеличение внутренней энергии:
[$916$]U = Q - A = 9160 - 2598 = 6562 (Дж).

Находим теплоёмкость заданной массы кислорода при постоянном давлении:
Cpm = Q/[$916$]T = 9160/5 = 1832 (Дж/К),
или, исходя из молекулярно-кинетической теории газов,
Cpm = ((i + 2)/2)(m/[$956$])R = (7/2) [$183$] (2/(32 [$183$] 10-3)) [$183$] 8,314 [$8776$] 1819 (Дж/К).

Ответ: 1) 1832 Дж/К; 2) 2598 Дж; 3) 6562 Дж.

Не исключено, что ошибаюсь (хотя правила портала не позволяют ошибаться в случае ответа на вопрос, но всё же...). Забавляет разница в значениях определённой двумя разными способами теплоёмкости.

С уважением.
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Модератор
156417
2175
14.01.2012, 21:29
общий
Адресаты:
Нечему тут особо удивляться. У этой части молекулярно-кинетической теории точность несколько хромает. Проблема с вымороженными степенями свободы - вклад в теплоёмкость от них обычно всё же не нулевой (у отдельных молекул с наибольшей энергией эта степень свободы может быть возбуждена). При этом в районе температур, где эта степень свободы становится активной, вклад от данной степени свободы может заметно превышать R/2.
Согласно справочнику, у кислорода при стандартных условия молярная изобарная теплоёмкость 29,378 Дж/(моль[$183$]К) = 3,534R
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
14.01.2012, 22:02
общий
Адресаты:

Я согласен с Вами, Роман. Но что хотели показать составители задачи? Как студент должен объяснить такое, пускай и незначительное, расхождение, например, на экзамене? Откуда взялось Q = 9160 Дж?
Об авторе:
Facta loquuntur.
Форма ответа