Чтобы найти работу, совершенную над газом при увеличении его объема, можно использовать формулу для работы при изотермическом процессе при постоянном давлении:
\[ A = P \Delta V \]
где:
- \( A \) — работа,
- \( P \) — давление,
- \( \Delta V \) — изменение объема.
Сначала найдем начальный объем газа, а затем расчет конечного объема с учетом изменения температуры. Для этого воспользуемся уравнением состояния идеального газа:
\[ \frac{P_1 V_1}{T_1} = \frac{P_2 V_2}{T_2} \]
Из этого уравнения можно выразить конечный объем \( V_2 \):
\[ V_2 = V_1 \cdot \frac{T_2}{T_1} \]
Теперь подставим известные значения:
- \( P = 4 \cdot 10^5 \, \text{Па} \) (давление),
- \( V_1 = 0.1 \, \text{м}^3 \) (начальный объем),
- \( T_1 = 280 \, \text{K} \) (начальная температура),
- \( T_2 = 420 \, \text{K} \) (конечная температура).
Теперь находим \( V_2 \):
\[ V_2 = 0.1 \cdot \frac{420}{280} = 0.1 \cdot 1.5 = 0.15 \, \text{м}^3 \]
Теперь находим изменение объема \( \Delta V \):
\[ \Delta V = V_2 - V_1 = 0.15 - 0.1 = 0.05 \, \text{м}^3 \]
Теперь подставим значения в формулу для работы:
\[ A = P \Delta V = 4 \cdot 10^5 \cdot 0.05 = 20000 \, \text{Дж} \]
Чтобы выразить работу в кДж, разделим на 1000:
\[ A = \frac{20000}{1000} = 20 \, \text{кДж} \]
Таким образом, работа, совершенная над газом, составляет 20 кДж.