Найти внутреннюю энергию пара

Определим предмет и раздел предмета данного задания:

Предмет: Физика
Раздел: Термодинамика

Теперь перейдём к решению задания. Чтобы найти внутреннюю энергию водяного пара, мы будем использовать понятие внутренней энергии идеального газа. Для одноатомного идеального газа внутренняя энергия \( U \) определяется формулой:

\[ U = \frac{3}{2} nRT \]

Однако водяной пар не является одноатомным газом, это двуатомный газ (H₂O), поэтому формула для внутренней энергии двуатомного газа будет:

\[ U = \frac{5}{2} nRT \]

Где:

• \( n \) — количество молей газа,
• \( R \) — универсальная газовая постоянная (\(R = 8.314 \, \text{Дж/(моль·К)}\)),
• \( T \) — температура в Кельвинах (К).

Сначала переведём массу водяного пара в молекулярное количество молей. Для этого используем молярную массу воды (\( M = 18 \, \text{г/моль} \)):

\[ n = \frac{m}{M} = \frac{180 \, \text{г}}{18 \, \text{г/моль}} = 10 \, \text{моль} \]

Переведём температуру из градусов Цельсия (°C) в Кельвины (K):

\[ T = 127 \, °C + 273.15 = 400.15 \, K \]

Теперь подставим все значения в формулу для внутренней энергии двуатомного идеального газа:

\[ U = \frac{5}{2} nRT = \frac{5}{2} \times 10 \, \text{моль} \times 8.314 \, \text{Дж/(моль·К)} \times 400.15 \, K \]

Рассчитаем значения внутри формулы:

\[ U = \frac{5}{2} \times 10 \times 8.314 \times 400.15 \\ U = 25 \times 8.314 \times 400.15 \\ U \approx 8314 \times 400.15 \]

Посчитаем окончательное значение:

\[ U \approx 3,327,434.1 \, \text{Дж} \]

Таким образом, внутренняя энергия водяного пара равна примерно \( 3,327,434.1 \, \text{Дж} \).