Решение: Тепловое равновесие аргона
Герметичный теплоизолированный сосуд разделили неподвижной перегородкой, способной проводить тепло, на две равные части. В первую часть сосуда поместили некоторое количество аргона при температуре $328\ \mathrm{K}$, а во вторую — такое же количество аргона при температуре $15\ ^\circ\mathrm{C}$. Считая, что теплоёмкость сосуда пренебрежимо мала, определите, какие утверждения верно отражают изменения, происходящие с аргоном при переходе к тепловому равновесию.
Решение по шагам
6 шаговНачальная температура газа в первой части выше температуры газа во второй части: $328\ \mathrm{K} > 15\ ^\circ\mathrm{C} = 288\ \mathrm{K}$. Поэтому теплота передаётся от первой части ко второй.
$$T_1>T_2$$Газ во второй части получает теплоту и его температура повышается. Утверждение 1 верно.
Газ в первой части отдаёт теплоту, поэтому его внутренняя энергия уменьшается, а не увеличивается. Утверждение 2 неверно.
$$\Delta U_1<0$$Так как перегородка неподвижна, объёмы частей сосуда постоянны. Следовательно, газ не совершает работу при теплообмене. Утверждение 5 неверно.
$$A=p\Delta V=0$$При равных количествах аргона и пренебрежимо малой теплоёмкости сосуда установившаяся температура равна среднему значению абсолютных температур: $T=\dfrac{328+288}{2}=308\ \mathrm{K}=35\ ^\circ\mathrm{C}$. Поэтому утверждение 4 неверно.
Следовательно, правильные утверждения — 1 и 3.
Где здесь ошибаются
Считать, что конечная температура равна $25\ ^\circ\mathrm{C}$, усредняя температуры в шкале Цельсия.
Считать, что при передаче теплоты газ обязательно совершает работу.
Ошибочно считать, что внутренняя энергия горячего газа увеличивается.