Question

В теплоизолированном (при исходной температуре 25 градусов Цельсия) цилиндре объемом 4 л под поршнем площадью 20 кв. см и массой 5 кг находится азот. На поршень поставили гирю массой 5 кг. Какая будет при этом совершена работа над газом?

Answer 1

Сначала кажется, что процесс будет адиабатическим, но это не так: адиабатический процесс должен быть очень медленным, а этот таковым не будет. В этой задаче необходимо расписать закон сохранения энергии. Пусть высота цилиндра равна h, масса цилиндра и поршня m, площадь поршня S, а станет высота поднятия поршня h`. В начале (как только положили гирю) высота поднятия этой гири (если считать от конечного уровня гири) равна (h - h`). Значит, энергия этого груза, будучи равной потенциальной его энергии, равна . Внутренняя энегрия идеального двухатомного газа по формуле равна . Тут я использую то, что давление газа изнутри компенсирует давление поршня. Значит, изначальная энергия системы равна . После остановки движения энергия груза станет равна 0, а внутренняя энергия газа станет равна 
Приравняем внутренние энергии систем: 
 = 3.5 л.

Ответ:  л