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 $\text{(}U\text{)}$ определяется формулой:

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

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

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

Где:

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

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

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

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

$\text{[}T=127°C+273.15=400.15K\text{]}$

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

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

Рассчитаем значения внутри формулы:

$$\begin{gathered} \text{[}U=\frac{5}{2}\times 10\times 8.314\times 400.15 \\ U=25\times 8.314\times 400.15 \\ U\approx 8314\times 400.15\text{]} \end{gathered}$$

Посчитаем окончательное значение:

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

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