Расширение сильно сжатого газа
6/10Теплоизолированный сосуд объёма \(V_1\) разделён перегородкой на две части. В одной части сосуда, имеющей объём \(V_2\), находится \(\nu\) молей сильно сжатого одноатомного газа при температуре \(T\). В другой части сосуда вакуум. В некоторый момент перегородка разрушается. Определите установившуюся температуру \(T'\) газа. Известно, что при адиабатическом сжатии \(\nu\) молей этого газа из сильно разреженного состояния с температурой \(T\) до объёма \(V_1\) над газом совершают работу \(A_1\) и его температура становится \(T_1\), а при сжатии до объёма \(V_2\) совершают работу \(A_2\) и температура становится \(T_2\).
Примечание. При сильном сжатии газа существенно взаимодействие между его молекулами. В выражении для внутренней энергии заданной массы газа появляется (по сравнению с идеальным газом) дополнительное слагаемое, однозначно определяемое объёмом газа.
▶Показать разборСкрыть разбор
Ответ\(T' = T + T_1 - T_2 + \dfrac{2(A_2 - A_1)}{3\nu R}\).
РешениеПусть дополнительное слагаемое в выражении для внутренней энергии при объёме \(V_1\) равно \(\Pi_1\), а при объёме \(V_2\) равно \(\Pi_2\). Внутренняя энергия газа при указанных в скобках объёме и температуре для каждого процесса, происходящего в газе, равна \[\left\{\begin{array}{l} U(T, V_2) = \nu c_VT + \Pi_2,\\ U(T', V_1) = \nu c_VT' + \Pi_1,\\ U(T_1, V_1) = \nu c_VT_1 + \Pi_1,\\ U(T_2, V_2) = \nu c_VT_2 + \Pi_2. \end{array}\right. \tag{1}\] Здесь \(c_V = 3R/2\). Запишем уравнения закона сохранения энергии в процессах при разрыве перегородки и при адиабатическом сжатии газа до объёмов \(V_1\) и \(V_2\): \[\left\{\begin{array}{l} 0 = U(T', V_1) - U(T, V_2) + 0,\\ 0 = U(T_1, V_1) - \nu c_VT + (-A_1),\\ 0 = U(T_2, V_2) - \nu c_VT + (-A_2). \end{array}\right. \tag{2}\] Решая систему уравнений (1) и (2), находим \[T' = T + T_1 - T_2 + \dfrac{2(A_2 - A_1)}{3\nu R}.\]
Похожие задачи
- Сосуды в шахте СПбГУ 2014/15, 10 кл.
- Сосуды в шахте СПбГУ 2014/15, 11 кл.
- Распад молекул азота «Шаг в будущее» 2018/19, 11 кл.
- Распад азота и температура «Шаг в будущее» 2018/19, 11 кл.
- Гелий и азот по разные стороны поршня Курчатов 2019/20, 10 кл.
- В сосуде с поршнем МОШ 2023/24, 11 кл.