単原子ガスは体積 2 ~ 7 dm まで等圧膨張します。3 圧力0.3MPaで。
以下を決定する必要があります。
この問題を解決するには、次の公式を使用する必要があります。
条件のデータを代入すると、次のようになります。
品名:単原子気体
価格:ウェブサイトで確認してください
説明:
デジタル製品「Monatomic Gas」は、単原子気体の等積膨張および等圧膨張に関連するプロセスのパラメーターを計算するソフトウェアです。この製品を使用すると、特定の条件下でガスが行う仕事、内部エネルギーの増加、供給される熱量を計算できます。
仕様:
デジタル商品ストアのウェブサイトで注文および支払いを行った後、デジタル商品のダウンロードが可能です。
0.3MPaの圧力下の単原子気体は体積2から7dm^3まで等圧的に膨張します。この問題を解決するには、ガスによって行われる仕事を計算するための公式を使用する必要があります: A = pΔV、ここで、p はガスの圧力、ΔV はガスの体積の変化です。この条件のデータを代入すると、A = 0.3 MPa × (7 dm^3 - 2 dm^3) = 1.5 J が得られます。
内部エネルギーの増加を計算するには、ガスの初期温度と最終温度を知る必要がありますが、問題文には示されていないため、この値を決定することはできません。
供給される熱量を計算するには、式 ΔU = Q - A を使用できます。ここで、Q は供給される熱量です。得られた仕事値 A = 1.5 J を代入すると、Q = ΔU + A が得られます。ΔU の値が不明であるため、供給される熱量 Q も決定できません。
ただし、これらの値を計算するには、単原子ガス ソフトウェアを使用できます。このソフトウェアを使用すると、ガスによって行われる仕事、内部エネルギーの増加など、単原子ガスの等積膨張および等圧膨張に関連するプロセスのパラメーターを計算できます。与えられた条件下で供給される熱量。
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記載されている生成物は単原子気体で、0.3 MPa の圧力下で体積 2 から体積 7 dm^3 まで等圧膨張します。このガスについては、行われた仕事、内部エネルギーの増加、および供給される熱量を決定する必要があります。
この問題を解決するには、等圧プロセスではガスの圧力はその温度に比例するというガイ・リュサックの法則を使用する必要があります。また、気体物質の圧力、体積、温度、量を関係付ける理想気体の状態方程式を使用することも必要です。
割り当てによると、ガスの圧力は一定で 0.3 MPa に等しいため、等圧プロセス中にガスによって行われる仕事の公式を適用できます。
A = p * ΔV、
ここで、A はガスによって行われる仕事、p はガスの圧力、ΔV はガスの体積の変化です。
既知の値を代入すると、次のようになります。
A = 0.3 MPa * (7 dm^3 - 2 dm^3) = 1.5 MPa * dm^3。
次に、ガスの内部エネルギーの増加を決定する必要があります。熱力学の第一法則によれば、内部エネルギーの増加は、ガスの完全仕事と供給される熱量の差に等しくなります。
ΔU = A - Q、
ここで、ΔU は内部エネルギーの増分、Q は供給される熱量です。
問題の条件に応じて気体は理想的なので、理想気体の状態方程式を使用してプロセスの前後の気体の温度を決定できます。圧力が一定であるため、体積が増加し、気体の温度も上昇します。理想気体の状態方程式から次のことがわかります。
pV = nRT、
ここで、n はガス物質の量、R は普遍ガス定数です。
気体中の物質の量は変化しないため、次のように書くことができます。
p1V1/T1 = p2V2/T2、
ここで、p1 と T1 は処理前のガスの圧力と温度、p2 と T2 は処理後のガスの圧力と温度です。
T1 と T2 を表現してみます。
T1 = p1V1/(nR)、
T2 = p2V2/(nR)。
既知の値を代入すると、次のようになります。
T1 = 0.3 MPa * 2 dm^3/(nR)、
T2 = 0.3 MPa * 7 dm^3/(nR)。
T2 と T1 の差は、ガス温度の増分に等しくなります。
ΔT = T2 - T1 = 0.3 MPa * (7 dm^3 - 2 dm^3)/(nR) - 0.3 MPa * 2 dm^3/(nR)。
供給される熱量は、理想気体の状態方程式と内部エネルギーの変化の方程式を使用して決定できます。理想気体の場合、次の関係が成り立ちます。
ΔU = Cv * ΔT、
Q = ΔU + A、
ここで、Cv は一定体積におけるモル熱容量です。
単原子気体の一定体積におけるモル熱容量は 3/2 * R なので、次のようになります。
ΔU = 3/2 * nR * ΔT、
Q = ΔU + A = 3/2 * nR * ΔT + 1.5 MPa * dm^3。
既知の値を代入すると、次のようになります。
ΔU = 3/2 * nR * [0.3 MPa * (7 dm^3 - 2 dm^3)/(nR) - 0.3 MPa * 2 dm^3/(nR)] = 3/2 * 0.3 MPa * 5 dm^3 = 2.25 MPa * dm^3、
Q = ΔU + A = 2.25 MPa * dm^3 + 1.5 MPa * dm^3 = 3.75 MPa * dm^3。
したがって、ガスの完全仕事は 1.5 MPa * dm^3、内部エネルギーの増加は 2.25 MPa * dm^3、供給される熱量は 3.75 MPa * dm^3 となります。
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