Бесплатные калькуляторы

Примеры запросов: процентыипотекаплощадь✓ 1 013 работающих калькуляторов

РАБОТА ГАЗА · ОНЛАЙН

Работа газа при расширении по таблице давления и объёма

Работа газа при изменении объёма равна площади под кривой на диаграмме «давление — объём»: A = ∫p dV. Когда процесс известен только по точкам измерений, площадь приходится считать численно. Калькулятор принимает таблицу объёмов и давлений и вычисляет работу методом трапеций; при расширении она положительна и измеряется в джоулях при давлении в паскалях и объёме в кубометрах.

✓ Бесплатно⌁ С пояснением✦ Без регистрации
▦
КАЛЬКУЛЯТОР

Введите данные

Объём газа в точках процесса по возрастанию, не меньше двух значений.
Абсолютное давление газа; столько же чисел, сколько объёмов.
✓ Исходные значения передаются серверу только для выполнения расчёта. Регистрация не нужна.
ВАШ РЕЗУЛЬТАТ✓ Вычислено

Интеграл по методу трапеций

Приближённый интеграл437,5
Число интервалов3
Диапазон X0,003

«Копировать картинку» помещает изображение результата в буфер обмена без сохранения файла — его можно сразу вставить в мессенджер или документ. Картинка и PDF содержат ссылку на calc-calc.ru.

Равномерность шага не обязательна. Это площадь со знаком под кусочно-линейной интерполяцией, а не гарантированно точный интеграл исходной функции.

Был ли калькулятор полезен?Одно касание — и мы поймём, какие инструменты улучшать.
ПОДРОБНЫЙ РАЗБОР · ФОРМУЛЫ И ПРИМЕРЫ

Как найти работу газа по графику p–V: площадь под кривой, таблица точек и метод трапеций

Работа газа при расширении — это площадь под линией процесса на диаграмме «давление — объём». Если формулы процесса нет, а есть только измеренные точки, площадь считают численно. Этот калькулятор определяет работу газа при расширении по таблице давлений и объёмов методом трапеций и сразу выдаёт результат в джоулях.

На странице разобрано, как собрать таблицу и в каком порядке вводить точки, как учесть сжатие, почему метод слегка завышает работу на изотерме и как согласовать единицы давления и объёма. Численный пример сопоставлен с точной формулой, поэтому погрешность метода видна наглядно.

Работа газа как площадь под графиком p–V

При малом изменении объёма газ совершает работу δA = p·dV. Суммируя по всему процессу, получаем A = ∫p dV — площадь под кривой на диаграмме «давление — объём». Для расширения, когда объём растёт, работа газа положительна, для сжатия отрицательна: тогда работу над газом совершают внешние силы.

Площадь зависит от формы пути между начальным и конечным состояниями, а не только от них самих. Один и тот же переход разными путями даёт разную работу, и на этом основан цикл теплового двигателя. Калькулятор считает работу именно по тому пути, который вы задали точками.

Как заполнить таблицу и в каком порядке вводить точки

Объёмы вводят по возрастанию, давления — в тех же состояниях. Давление в паскалях и объём в кубических метрах дают джоули. Килопаскали и литры тоже дают джоули, потому что 1 кПа·л = 1 Дж; в других сочетаниях единиц ответ измеряется в произведении введённых единиц, например атмосфера на литр равна примерно 101,3 Дж.

Калькулятор требует строго возрастающих объёмов, поэтому изохорный участок, где объём не меняется, не вводят: работа на нём равна нулю. Для сжатия запишите точки в порядке роста объёма, получите положительную площадь и поменяйте знак — работа газа при сжатии отрицательна, а работа над газом положительна.

Пример: изотерма и ошибка метода трапеций

Возьмём изотермический процесс идеального газа с pV = 300 Дж: давления 300, 150, 100 и 75 кПа при объёмах 1, 2, 3 и 4 л. Метод трапеций даёт вклады интервалов 225, 125 и 87,5 Дж, итого 437,5 Дж.

Точное значение для изотермы A = p₁V₁·ln(V₂/V₁) = 300·ln 4 ≈ 415,9 Дж, поэтому трапеции завышают работу примерно на 5 %. Причина в том, что график изотермы выпуклый вниз и хорда лежит выше кривой. При шаге вдвое меньше (семь точек вместо четырёх) результат равен около 421,6 Дж, то есть ошибка падает до 1,4 % — примерно в четыре раза.

Типичные ошибки при расчёте работы газа

Первая ошибка — подставить избыточное давление вместо абсолютного: в формуле работы стоит полное давление газа, а не показание манометра относительно атмосферы. Вторая — смешать единицы давления и объёма без пересчёта: 1 атм и 1 литр дают около 101,3 Дж, а не 1 Дж.

Третья ошибка — применять формулу A = p·ΔV к процессу с меняющимся давлением. Она верна только для изобары: при 100 кПа и приращении объёма 2 л получается 200 Дж. Для остальных процессов нужны либо таблица, либо аналитическая формула, как для изотермы и адиабаты.

Связь с первым началом термодинамики и пределы применимости

Работа входит в первое начало термодинамики: Q = ΔU + A. При изотермическом расширении идеального газа внутренняя энергия не меняется, и вся полученная теплота превращается в работу; при адиабатном процессе газ работает за счёт убыли внутренней энергии. Страница считает только A, а теплоту и изменение энергии нужно искать отдельно.

Данные могут быть и экспериментальными, например с датчика давления и положения поршня. Расчёт не учитывает трение поршня, потери тепла и неравновесные эффекты, поэтому описывает работу газа на поршне, а не полезную работу механизма. Опыты с газом под давлением требуют соблюдения правил безопасности.

Формула расчёта

ОСНОВНАЯ ФОРМУЛА

A = ∫ p dV ≈ Σ (Vᵢ₊₁ − Vᵢ) · (pᵢ + pᵢ₊₁) / 2

Проверенные примеры

Изотермическое расширение

Давления 300; 150; 100; 75 кПа при объёмах 1; 2; 3; 4 л (pV = 300 Дж). Найдите работу газа.

Трапеции: 225 + 125 + 87,5 = 437,5 Дж. Точное значение 300 · ln 4 ≈ 415,9 Дж, расхождение около 5 %.

Изобарное расширение

Давление 100 кПа, объём растёт с 1 до 3 л.

A = 100 000 Па · 0,002 м³ = 200 Дж.

Неравномерные объёмы

V = 2; 5; 6 л, p = 200; 120; 100 кПа.

160 кПа · 3 л + 110 кПа · 1 л = 480 + 110 = 590 Дж.

Как пользоваться онлайн-калькулятором

  1. Выпишите состояния газа в процессе: объёмы V в кубометрах по возрастанию и соответствующие абсолютные давления p в паскалях.
  2. Введите объёмы в первое поле, давления — во второе, в том же порядке.
  3. Нажмите «Вычислить»: основной результат — работа газа в джоулях.
  4. Для сжатия запишите точки по возрастанию объёма и поменяйте знак результата.
ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ

Частые вопросы

Почему объёмы должны возрастать?

Таблица описывает площадь под кривой слева направо. Изохорный участок с неизменным объёмом не вводят, так как работа на нём равна нулю.

Как посчитать работу при сжатии газа?

Введите точки в порядке роста объёма и получите положительную площадь. Работа газа при сжатии равна этой площади со знаком минус, а работа внешних сил над газом — с плюсом.

Можно ли вводить давление в килопаскалях, а объём в литрах?

Можно: 1 кПа · 1 л = 1 Дж, поэтому ответ тоже будет в джоулях. Для атмосфер и литров множитель другой: 1 атм · 1 л ≈ 101,3 Дж.

Чем эта работа отличается от полезной работы двигателя?

Здесь считается работа газа на поршне. Полезную работу машины уменьшают трение, тепловые потери и цикл сжатия, которые таблица не учитывает.

Похожие калькуляторы

▦ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Во сколько раз изменится мощность теплового излучения при нагреве

Находит, во сколько раз меняется мощность теплового излучения при изменении абсолютной температуры по закону Стефана — Больцмана (четвёртая степень).

ПОДЕЛИТЬСЯ ИНСТРУМЕНТОМ

Встроить на свой сайт

Вставьте этот код в HTML-блок на своём сайте. Посетители смогут пользоваться калькулятором без перехода.

Прямая ссылка: https://calc-calc.ru/embed/calc_030223/

Предварительный просмотр