Какую работу совершил водород массой 3 кг при изобарном нагревании на 10 K?

Чтобы рассчитать работу, которую совершил водород массой 3 кг при изобарном нагревании на 10 K, нужно использовать формулу для работы при изобарном процессе:

где $p$ — давление, $\Delta V$ — изменение объема. Однако для выполнения расчета при отсутствии точных значений давления, можно использовать теплоемкость водорода при постоянном давлении $C_p$ и рассчитать работу через изменение внутренней энергии.

Для водорода молекулярная масса $M = 2 \, \text{г/моль}$, а его удельная теплоемкость при постоянном давлении составляет $C_p = 14300 \, \text{Дж/(кг·К)}$.

1. Найдем количество теплоты $Q$, которое водород получил при нагреве:

где:

• $m = 3 \, \text{кг}$ — масса водорода,

• $C_p = 14300 \, \text{Дж/(кг·К)}$ — удельная теплоемкость,

• $\Delta T = 10 \, \text{K}$ — изменение температуры.

Подставим значения:

2. Теперь определим работу. При изобарном процессе работа будет связана с количеством полученной теплоты, поскольку при постоянном давлении изменение объема сопровождается выполнением работы. Для идеального газа (к которому относится водород при обычных условиях) можно использовать уравнение состояния идеального газа и связать работу с теплотой:

Итак, работа, совершенная водородом при изобарном нагревании, равна количеству полученной теплоты, т.е. 429000 Дж.