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One mole of a monatomic ideal gas undergoes the process A to B as shown in the given P-V diagram. The specific heat for this process is

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C) 13R6\text{C) } \frac{13R}{6}

Step-by-step solution

5 steps
  1. अवस्था A और B के लिए दाब, आयतन और तापमान ज्ञात करें।

    दिए गए P-V आरेख से:
    अवस्था A पर: PA=3P0P_A = 3P_0, VA=V0V_A = V_0
    अवस्था B पर: PB=6P0P_B = 6P_0, VB=5V0V_B = 5V_0

    आदर्श गैस समीकरण PV=nRTPV = nRT का उपयोग करके, जहाँ n=1n=1 मोल है:
    अवस्था A पर तापमान TAT_A:

    TA=PAVAnR=3P0V01⋅R=3P0V0RT_A = \frac{P_A V_A}{nR} = \frac{3P_0 V_0}{1 \cdot R} = \frac{3P_0 V_0}{R}

    अवस्था B पर तापमान TBT_B:

    TB=PBVBnR=6P0⋅5V01⋅R=30P0V0RT_B = \frac{P_B V_B}{nR} = \frac{6P_0 \cdot 5V_0}{1 \cdot R} = \frac{30P_0 V_0}{R}

    तापमान में परिवर्तन ΔT\Delta T:

    ΔT=TB−TA=30P0V0R−3P0V0R=27P0V0R\Delta T = T_B - T_A = \frac{30P_0 V_0}{R} - \frac{3P_0 V_0}{R} = \frac{27P_0 V_0}{R}
  2. प्रक्रिया के दौरान किया गया कार्य (WW) ज्ञात करें।

    P-V आरेख में, किया गया कार्य P-V वक्र के नीचे का क्षेत्रफल होता है। A से B तक की प्रक्रिया एक सीधी रेखा है, इसलिए क्षेत्रफल एक समलंब चतुर्भुज का क्षेत्रफल है:

    W=12(PA+PB)(VB−VA)W = \frac{1}{2}(P_A + P_B)(V_B - V_A) W=12(3P0+6P0)(5V0−V0)W = \frac{1}{2}(3P_0 + 6P_0)(5V_0 - V_0) W=12(9P0)(4V0)W = \frac{1}{2}(9P_0)(4V_0) W=18P0V0W = 18P_0 V_0
  3. आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन (ΔU\Delta U) ज्ञात करें।

    एकपरमाणुक आदर्श गैस के लिए, आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन ΔU=nCVΔT\Delta U = n C_V \Delta T होता है।
    एकपरमाणुक गैस के लिए CV=32RC_V = \frac{3}{2}R और n=1n=1 मोल है।

    ΔU=1⋅32R⋅ΔT\Delta U = 1 \cdot \frac{3}{2}R \cdot \Delta T

    ΔT\Delta T का मान रखने पर:

    ΔU=32R(27P0V0R)\Delta U = \frac{3}{2}R \left(\frac{27P_0 V_0}{R}\right) ΔU=812P0V0\Delta U = \frac{81}{2}P_0 V_0
  4. ऊष्मा अवशोषित (QQ) ज्ञात करें।

    ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम के अनुसार, Q=ΔU+WQ = \Delta U + W:

    Q=812P0V0+18P0V0Q = \frac{81}{2}P_0 V_0 + 18P_0 V_0 Q=812P0V0+362P0V0Q = \frac{81}{2}P_0 V_0 + \frac{36}{2}P_0 V_0 Q=1172P0V0Q = \frac{117}{2}P_0 V_0
  5. प्रक्रिया के लिए विशिष्ट ऊष्मा (CC) ज्ञात करें।

    प्रक्रिया के लिए विशिष्ट ऊष्मा C=QnΔTC = \frac{Q}{n \Delta T} द्वारा दी जाती है।
    चूंकि n=1n=1 मोल है:

    C=QΔTC = \frac{Q}{\Delta T}

    QQ और ΔT\Delta T के मान रखने पर:

    C=1172P0V027P0V0RC = \frac{\frac{117}{2}P_0 V_0}{\frac{27P_0 V_0}{R}} C=1172P0V0⋅R27P0V0C = \frac{117}{2}P_0 V_0 \cdot \frac{R}{27P_0 V_0} C=117R2⋅27C = \frac{117R}{2 \cdot 27} C=117R54C = \frac{117R}{54}

    अंश और हर को 9 से विभाजित करने पर:

    C=13R6C = \frac{13R}{6}

    यह विकल्प (C) से मेल खाता है।

    The final answer is C) 13R6\text{C) } \frac{13R}{6}.

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