1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الفيزياء

علماء الفيزياء

الفيزياء الكلاسيكية

الميكانيك

الديناميكا الحرارية

الكهربائية والمغناطيسية

الكهربائية

المغناطيسية

الكهرومغناطيسية

علم البصريات

تاريخ علم البصريات

الضوء

مواضيع عامة في علم البصريات

الصوت

الفيزياء الحديثة

النظرية النسبية

النظرية النسبية الخاصة

النظرية النسبية العامة

مواضيع عامة في النظرية النسبية

ميكانيكا الكم

الفيزياء الذرية

الفيزياء الجزيئية

الفيزياء النووية

مواضيع عامة في الفيزياء النووية

النشاط الاشعاعي

فيزياء الحالة الصلبة

الموصلات

أشباه الموصلات

العوازل

مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة

فيزياء الجوامد

الليزر

أنواع الليزر

بعض تطبيقات الليزر

مواضيع عامة في الليزر

علم الفلك

تاريخ وعلماء علم الفلك

الثقوب السوداء

المجموعة الشمسية

الشمس

كوكب عطارد

كوكب الزهرة

كوكب الأرض

كوكب المريخ

كوكب المشتري

كوكب زحل

كوكب أورانوس

كوكب نبتون

كوكب بلوتو

القمر

كواكب ومواضيع اخرى

مواضيع عامة في علم الفلك

النجوم

البلازما

الألكترونيات

خواص المادة

الطاقة البديلة

الطاقة الشمسية

مواضيع عامة في الطاقة البديلة

المد والجزر

فيزياء الجسيمات

الفيزياء والعلوم الأخرى

الفيزياء الكيميائية

الفيزياء الرياضية

الفيزياء الحيوية

الفيزياء العامة

مواضيع عامة في الفيزياء

تجارب فيزيائية

مصطلحات وتعاريف فيزيائية

وحدات القياس الفيزيائية

طرائف الفيزياء

مواضيع اخرى

علم الفيزياء : مواضيع عامة في الفيزياء : مواضيع اخرى :

Spring Cylinder

المؤلف:  Sidney B. Cahn, Gerald D. Mahan And Boris E. Nadgorny

المصدر:  A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS

الجزء والصفحة:  part 2 , p 15

4-9-2016

1604

Spring Cylinder

One part of a cylinder is filled with one mole of a monatomic ideal gas at a pressure of 1 atm and temperature of 300 K. A massless piston separates the gas from the other section of the cylinder which is evacuated but has a spring at equilibrium extension attached to it and to the opposite wall of the cylinder. The cylinder is thermally insulated from the rest of the world, and the piston is fixed to the cylinder initially and then released (see Figure 1.1). After reaching equilibrium, the volume occupied by the gas is double the original. Neglecting the thermal capacities of the cylinder, piston, and spring, find the temperature and pressure of the gas.

Figure 1.1

SOLUTION

For a thermally insulated system (no heat transfer), the energy change ∆ε is given by

(1)

Figure 1.2

where 0 and 1 correspond to the initial and final equilibrium states of the system, with sets of parameters T0, P0, V0 and T1, P1, V1 respectively. In this case, the gas is expanding, therefore some positive work is done by the gas, which indicates that the energy change is negative, and the temperature decreases. ∆ε for an ideal gas depends only on the change in temperature:

(2)

Where Cv is the heat capacity of one mole of the gas at constant volume (for a monatomic gas Cv = 3R/2). The work done by the gas goes into compressing the spring:

(3)

where K is the spring constant and x is the change of the piston position (see Figure 1.2). On the other hand, when equilibrium is reached, the compression force of the spring

(4)

where A is the cross section of the piston. So

(5)

where we used the ideal gas law for one mole of gas. Substituting (5) into (3), we have

(6)

Notice that Ax is the volume change of the gas:

(7)

Therefore,

(8)

Substituting (8) and (2) into (3), we obtain

(9)

and

(10)

The temperature indeed has decreased. As for the pressure, we have for the initial state

(11)

Now V1 = 2V0, so

(12)

and

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي