5. В некотором термодинамическом процессе идеальный газ отдал количество теплоты 20 Дж. При этом внутренняя энергия газа увеличилась на 40 Дж. Чему равна работа, совершённая внешними силами над газом в этом процессе? Ответ: _______ Дж.

Решение:

• Используем первый закон термодинамики: ΔU = Q + A, где ΔU — изменение внутренней энергии, Q — количество теплоты, A — работа газа.
• По условию, газ отдал количество теплоты, значит, Q = -20 Дж (отрицательное значение, так как теплота уходит от системы).
• Внутренняя энергия увеличилась, значит, ΔU = 40 Дж.
• Подставляем значения в формулу: 40 Дж = -20 Дж + A.
• Находим работу газа: A = 40 Дж + 20 Дж = 60 Дж.
• Работа, совершённая внешними силами над газом, равна работе газа, но с противоположным знаком: A_над_газом = -A = -60 Дж.
• Однако, в задаче спрашивается работа, совершённая внешними силами, и обычно в этом контексте подразумевается работа, совершаемая над системой, которая может быть положительной или отрицательной.
• Если газ отдал теплоту (Q < 0) и его внутренняя энергия увеличилась (ΔU > 0), то работа, совершаемая над газом, должна быть положительной, чтобы компенсировать отдачу тепла и увеличить внутреннюю энергию.
• Перепишем первый закон в форме, где A_над — работа над газом: ΔU = Q + A_над.
• ΔU = 40 Дж.
• Q = -20 Дж (газ отдал теплоту).
• 40 Дж = -20 Дж + A_над.
• A_над = 40 Дж + 20 Дж = 60 Дж.
• Работа, совершённая внешними силами над газом, равна 60 Дж.

Ответ: 60