Нужно ответить на все вопросы Задача 2. Кислород массой 10 г находится под давлением 3 • 105 Па при 10 °C. После нагревания при постоянном давлении газ занимает объем 10 л. Определите изменение внутренней энергии кислорода во время данного процесса.

Задача 3. Температура нагревателя идеальной тепловой машины составляет 227 °С, а охладителя — 27 °С. За один рабочий цикл тепловой машиной выполняется работа 60 Дж. Какое количество теплоты получает рабочее тело идеальной тепловой машины за один цикл?

Лабораторная работа

"Измерение удельной теплоемкости твердого тела"

1. На каком из этапов проведения лабораторной работы есть вероятность получить наибольшую погрешность измерений?

2. Какими должны быть материалы и устройство калориметра для получения наиболее точных результатов измерений?

3. Предложите свою методику измерения удельной теплоемкости жидкости.

Задача 2:
Для определения изменения внутренней энергии кислорода в данном процессе, мы можем использовать первый закон термодинамики, который утверждает, что изменение внутренней энергии равно сумме получаемого тепла и работы, совершенной газом.

Шаг 1: Найдем полученное тепло. Для этого воспользуемся формулой:
Q = m * c * ΔT,
где Q - количество получаемого тепла, m - масса газа, c - удельная теплоемкость газа, ΔT - изменение температуры.

Переведем массу кислорода в килограммы: 10 г = 0.01 кг.

Найдем изменение температуры: ΔT = Т2 - Т1, где Т2 - конечная температура, Т1 - начальная температура.

Так как дано, что газ нагревается при постоянном давлении, то это является процессом изобарного нагрева. Из уравнения состояния газа:
P * V = n * R * T,
где P - давление, V - объем, n - количество вещества, R - универсальная газовая постоянная, T - температура в Кельвинах.

Мы можем найти начальную и конечную температуру, используя эту формулу.

Давление П кислорода равно 3 • 105 Па. Найдем начальную температуру:
P1 * V1 = n * R * T1,
где P1 = 3 • 105 Па, V1 = 10 л = 0.01 м3, R = 8.31 Дж/(моль·К).

Определим количество вещества н:
n = m / M,
где m - масса газа, M - молярная масса газа. Для кислорода M = 32 г/моль.

Рассчитаем количество вещества:
n = 0.01 / 32 = 0.0003125 моль.

Теперь можем вычислить начальную температуру:
3 • 105 * 0.01 = 0.0003125 * 8.31 * T1,
3000 = 0.00259375 * T1,
T1 = 3000 / 0.00259375 ≈ 1157407.407 K.

Таким образом, начальная температура кислорода составляет около 1157407.407 К.

Аналогично, найдем конечную температуру T2:
P2 * V2 = n * R * T2.

Так как газ нагревается при постоянном давлении, то:
P1 * V1 / T1 = P2 * V2 / T2.

P2 = P1 = 3 • 105 Па, V2 = 10 л = 0.01 м3.

Тогда:
3 • 105 * 0.01 / 1157407.407 = 3 • 105 * 0.01 / T2,
T2 ≈ 34.48276 K.

Изменение температуры: ΔT = T2 - T1 = 34.48276 - 1157407.407 ≈ -1157372.924 K.

Используя формулу Q = m * c * ΔT, найдем полученное тепло:
Q = 0.01 * c * -1157372.924.

Шаг 2: Найдем работу, совершенную газом. Процесс нагрева при постоянном давлении называется изобарным. Формула для расчета работы газа:
W = P * ΔV,
где W - работа газа, P - давление, ΔV - изменение объема газа.

Из условия задачи известно, что газ занимает объем 10 л после нагревания, поэтому изменение объема будет ΔV = V2 - V1 = 10 - 0.01 = 9.99 л = 0.00999 м3.

Подставим значения в формулу:
W = 3 • 105 * 0.00999 ≈ 2997 Дж.

Шаг 3: Определим изменение внутренней энергии:
ΔU = Q - W = 0.01 * c * -1157372.924 - 2997.

Таким образом, изменение внутренней энергии кислорода в данном процессе составляет около -1157385.914 Дж.

Задача 3:
Чтобы определить количество теплоты, получаемое рабочим телом за один цикл, нам необходимо знать КПД (коэффициент полезного действия) тепловой машины. КПД тепловой машины определяется по формуле:
η = W / Q1,
где η - КПД, W - работа, Q1 - получаемое тепло.

Если КПД тепловой машины равен 1 (или 100%), то работа, совершаемая тепловой машиной, равна получаемому теплу:
W = Q1 = 60 Дж.

Таким образом, количество теплоты, получаемое рабочим телом за один цикл, составляет 60 Дж.

Лабораторная работа "Измерение удельной теплоемкости твердого тела":
1. Вероятность получить наибольшую погрешность измерений будет на этапе измерения.
2. Для получения наиболее точных результатов измерений материалы калориметра должны обладать низкой теплопроводностью, чтобы минимизировать потери тепла. Калориметр должен быть хорошо изолирован, чтобы предотвратить влияние внешних тепловых источников на измерения.
3. Методика измерения удельной теплоемкости жидкости может включать следующие шаги:
a. Подготовка калориметра: обеспечить его чистоту и сухость.
b. Определение начальной температуры жидкости и калориметра.
c. Измерение массы жидкости и калориметра.
d. Перенос жидкости в калориметр и быстрое и тщательное перемешивание.
e. Измерение конечной температуры смеси жидкости и калориметра.
f. Расчет удельной теплоемкости жидкости с использованием формулы:
c = (m1 * c1 + m2 * c2) / (m1 * ΔT),
где c - удельная теплоемкость, m1 и m2 - массы жидкости и калориметра соответственно, c1 - удельная теплоемкость калориметра, ΔT - изменение температуры.

Точную методику измерения удельной теплоемкости жидкости можно подобрать исходя из доступных лабораторных условий и требований к точности измерений.