Давайте подробно разберём задачу поэтапно.
Дано:
- В изотермическом процессе количество теплоты \( q_1 = 200 \, Дж \)
- В первом процессе (изотермическом) нагрев происходит без изменения внутренней энергии (\( \Delta U = 0 \)), так как при изотермическом процессе температура постоянна.
- Во втором процессе — адиабатическом процессе — газ совершает работу, которая в два раза больше работы, совершенной в первом процессе.
- Нужно найти изменение внутренней энергии \( \Delta U \) в результате двух процессов.
Шаг 1: анализ первого процесса (изотермический)
В изотермическом процессе:
\[ \Delta U_1 = 0 \]
По первому закону термодинамики:
\[ Q_1 = \Delta U_1 + W_1 \]
Так как \(\Delta U_1 = 0\):
\[ Q_1 = W_1 \]
Отсюда:
\[ W_1 = 200 \, Дж \]
Шаг 2: работа во втором процессе (адиабатический)
Дано, что во втором процессе работа \( W_2 \) в два раза больше работы первого:
\[ W_2 = 2 W_1 = 2 \times 200 = 400\, Дж \]
Так как процесс адиабатический (\(Q_2 = 0\)), применим закон:
\[ \Delta U_2 = Q_2 - W_2 = - W_2 \]
То есть:
\[ \Delta U_2 = -400\, Дж \]
Шаг 3: итоговое изменение внутренней энергии
Общее изменение внутренней энергии за оба процесса — сумма изменений:
\[ \Delta U_{\text{итог}} = \Delta U_1 + \Delta U_2 \]
Так как \(\Delta U_1 = 0\):
\[ \boxed{ \Delta U_{\text{итог}} = -400\, Дж } \]
Итог:
Изменение внутренней энергии газа в результате двух процессов равно \(-400 \, Дж\).
Это значит, что внутренняя энергия уменьшилась на 400 джоулей.