Preguntas y respuestas sobre el calor de la física a lo largo de los años

(1) En el momento en que se retira rápidamente la partición, el gas se expande libremente por todo el recipiente, lo cual es un proceso de expansión adiabática. Como no hay contacto con el mundo exterior, no se produce transferencia de calor, es decir, la transferencia de calor es cero. El trabajo realizado por el gas hacia el mundo exterior es igual al trabajo realizado por la expansión del gas hacia el mundo exterior, que se puede calcular utilizando la ecuación de estado del gas ideal. Suponiendo que el gas es un gas ideal monoatómico, la ecuación de estado es:

PV = nRT

Donde p es la presión del gas, v es el volumen del gas, n es el número de moles de la sustancia gaseosa, y r es la constante del gas, t es la temperatura del gas. Como la temperatura permanece constante durante este proceso, la temperatura T = To, r también es constante. En el estado inicial, la presión del gas en el recipiente de la izquierda es P y el volumen es 2V, mientras que el recipiente de la derecha es vacío y el volumen es V. Después de que el gas se expande rápidamente, el volumen de todo el El recipiente se convierte en 3V y la presión se convierte en P/3.

Según la naturaleza del proceso de expansión adiabática, el trabajo realizado por el gas es igual a la reducción de energía interna, es decir:

w = δU

El cambio en la energía interna del gas se puede calcular usando la fórmula de energía interna de un gas ideal:

U = C_vnT

Donde C_v es la capacidad calorífica en volumen constante molar de el gas, n es el número de moles de la sustancia gaseosa y t es la temperatura del gas.

Debido a que el volumen del gas aumenta después de la expansión, la energía interna disminuye, es decir, δδU =-C_vnTo, por lo que el trabajo realizado por el gas es W = C_vnTo.

(2) Cuando el pistón comprime lentamente el gas hasta su volumen original, se puede considerar un proceso isotérmico porque la temperatura permanece sin cambios. En un proceso isotérmico, el trabajo realizado por el mundo exterior sobre el gas se puede calcular mediante la ecuación de estado del gas ideal. En el estado inicial, el volumen del gas es 3V y la presión es P/3. Durante el proceso de compresión, el volumen de gas disminuye gradualmente y finalmente vuelve a 2 V y la presión vuelve a p.

El trabajo realizado por el mundo exterior sobre el gas se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

W = -∫PdV

Donde p es la presión de el gas y v es el gas. El volumen del gas se comprime de 3V a 2V. Como este proceso es isotérmico, la presión P es P/3. Sustituyendo en la integral de cálculo, el trabajo realizado por el mundo exterior sobre el gas es W = -(P/3)(2V-3V) = (P