Работа в термодинамике задачи егэ - Помощь в подготовке к экзаменам и поступлению

в условии
в решении
в тексте к заданию
в атрибутах

Категория:

Атрибут:

Всего: 358 1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 | 81–100 …

Добавить в вариант

На графиках А и Б приведены диаграммы p−T и p−V для процессов 1−2 и 3−4 (гипербола), проводимых с 1 моль гелия. На диаграммах p – давление, V – объём и T – абсолютная температура газа. Установите соответствие между графиками и утверждениями, характеризующими изображённые на графиках процессы. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ГРАФИКИ

А)  

Б)  

УТВЕРЖДЕНИЯ

1)  Над газом совершают работу, при этом газ отдаёт положительное количество теплоты.

2)  Газ получает положительное количество теплоты, при этом его внутренняя энергия не изменяется.

3)  Над газом совершают работу, при этом его внутренняя энергия увеличивается.

4)  Газ получает положительное количество теплоты, при этом его внутренняя энергия увеличивается.

Источник: ЕГЭ по физике 2017. Досрочная волна. Вариант 101

В цилиндр с подвижным поршнем накачали ν = 4 моля идеального одноатомного газа при температуре t₁ = 70 °C. Накачивание вели так, что давление газа было постоянным. Затем накачку прекратили и дали газу в цилиндре расшириться без теплообмена с окружающей средой до давления p = 1 атм. При этом газ остыл до температуры t₂  =  30 °C. Какую суммарную работу совершил газ в этих двух процессах? В исходном состоянии цилиндр был пуст и поршень касался дна.

На рисунке показан график зависимости модуля среднеквадратичной скорости V_ср.кв. атомов одноатомного идеального газа от объёма V газа в некотором процессе 1→2. Количество атомов газа в течение этого процесса не изменяется.

На основании анализа представленного графика выберите все верные утверждения.

1)  В процессе 1→2 газ совершает положительную работу.

2)  В процессе 1→2 внутренняя энергия газа уменьшается.

3)  В процессе 1→2 давление p газа возрастает прямо пропорционально объёму V газа.

4)  В процессе 1→2 газ отдаёт некоторое количество теплоты окружающим телам.

5)  Процесс 1→2 является изобарическим.

В вертикальном цилиндре, закрытом лёгким поршнем, находится этиловый спирт при температуре кипения t  =  78 °C. При сообщении спирту количества теплоты Q часть его превращается в пар, который при изобарном расширении совершает работу A. Удельная теплота парообразования спирта L  =  846 · 10³ Дж/кг, а его молярная масса  — 46 · 10^-3 кг/моль. Какая часть подведённого к этиловому спирту количества теплоты переходит в работу? Объёмом жидкого этилового спирта пренебречь.

Источник: ЕГЭ по физике 13.07.2020. Основная волна. ЦФО. Часть C. Вариант 1

В вертикальном цилиндре, закрытом лёгким поршнем, находится ацетон при температуре кипения t  =  56 °C. При сообщении ацетону количества теплоты Q часть его превращается в пар, который при изобарном расширении совершает механическую работу A. Удельная теплота парообразования ацетона L  =  524 · 10³ Дж/кг, а его молярная масса M  =  58 · 10^-3 кг/моль. Какая часть подведённого к ацетону количества теплоты идёт на увеличение внутренней энергии системы? Объёмом жидкого ацетона пренебречь.

Источник: ЕГЭ по физике 13.07.2020. Основная волна. ПФО (Самара). Часть C

В цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится водяной пар и капля воды. С паром в сосуде при постоянной температуре провели процесс a→b→c, pV−диаграмма которого представлена на рисунке. Из приведённого ниже списка выберите все правильные утверждения относительно проведённого процесса.

1)  На участке b→c масса пара уменьшается.

2)  На участке a→b к веществу в сосуде подводится положительное количество теплоты.

3)  В точке с водяной пар является насыщенным.

4)  На участке a→b внутренняя энергия капли уменьшается.

5)  На участке b→c внутренняя энергия пара уменьшается.

Источник: Демонстрационная версия ЕГЭ—2021 по физике

Два моля идеального одноатомного газа совершают циклический процесс, изображённый на диаграмме (см. рис.). Температура газа в состоянии 2 равна 2000 К. Какое количество теплоты получает газ на участке 2−3 этого циклического процесса? Ответ выразите в килоджоулях и округлите до целого числа.

В некотором процессе 1−2 внешние силы совершили над неизменным количеством идеального газа положительную работу 120 Дж. Внутренняя энергия газа в этом процессе изменилась на 100 Дж.

Из приведённого ниже списка выберите все правильные утверждения относительно проведённого процесса.

1)  В результате этого процесса газ отдал количество теплоты окружающим телам ().

2)  В результате этого процесса температура газа могла только повыситься.

3)  Этот процесс представляет собой замкнутый цикл.

4)  Объём газа в этом процессе уменьшился.

5)  Объём газа в этом процессе увеличился.

Идеальный одноатомный газ занимал объём 4 л при давлении 300  кПа. Затем газ расширился и стал занимать объём 6 л при давлении 150 кПа. В этом процессе газ совершил работу 550 Дж. Какое количество теплоты получил газ в этом процессе, если масса газа в сосуде неизменна?

В ходе адиабатного процесса идеальный одноатомный газ совершил работу 2493 Дж. В результате температура газа понизилась на 50 °C. Найдите количество вещества этого газа. Ответ запишите в молях.

На рисунке показан циклический процесс изменения состояния 1 моль одноатомного идеального газа. На каком участке цикла изменение внутренней энергии газа равно полученному газом количеству теплоты?

Источник: Демонстрационная версия ЕГЭ—2022 по физике

В ходе некоторого процесса температура 1 моля гелия повышается на 200 К.

В этом процессе удельная теплоёмкость гелия постоянна и равна 4991,3 Дж/(кг · °C). Какую работу совершает гелий в этом процессе?

Ответ выразите в Дж и округлите до целого числа.

Идеальный газ получил количество теплоты 300 Дж и совершил работу 100 Дж. Чему равно изменение внутренней энергии газа? Ответ дайте в джоулях.

Идеальный газ получил количество теплоты 300 Дж и при этом внутренняя энергия газа увеличилась на 100 Дж. Какова работа, совершенная газом? (Ответ дать в джоулях.)

Идеальный газ отдал количество теплоты 300 Дж и при этом внутренняя энергия газа увеличилась на 100 Дж. Какова работа, совершенная газом? (Ответ дать в джоулях.)

Идеальный газ отдал количество теплоты 300 Дж и при этом внутренняя энергия газа уменьшилась на 100 Дж. Какова работа, совершенная газом? (Ответ дайте в джоулях.)

Идеальный газ получил количество теплоты 100 Дж и при этом внутренняя энергия газа уменьшилась на 100 Дж. Какова работа, совершенная газом? (Ответ дать в джоулях.)

Если идеальный газ получил количество теплоты 100 Дж, и при этом внутренняя энергия газа увеличилась на 100 Дж, то какую работу совершил газ в этом процессе? (Ответ дайте в джоулях.)

Если идеальный газ отдал количество теплоты 100 Дж и при этом внутренняя энергия газа уменьшилась на 100 Дж, то какова работа, совершенная газом? (Ответ дайте в джоулях.)

Всего: 358 1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 | 81–100 …

Источник

Задачи с графиками: работа газа и внутренняя энергия

Задачи средней сложности, для решения нужна только внимательность. Никаких «подвохов»- все математически четко и понятно.

Задача 1.

Температура идеального газа в состоянии 1 была . Чему равна температура в состоянии 3 после осуществления процесса 1-2-3, изображенного на диаграмме ? К.

К задаче 1

Процесс 1-2 – изохорный. Запишем закон Шарля.

Процесс 2-3 – не изотермический, поэтому просто запишем уравнение состояния:

Откуда

Ответ: 1800 К.

Задача 2.

Идеальный одноатомный газ, находящийся при нормальных условиях, переводят из состояния 1 в состояние 2 двумя способами: 1-3-2 и 1-4-2. Найдите отношение количеств теплоты, которые необходимо сообщить 1 кмоль газа в этих двух процессах.

К задаче 2

Рассмотрим переход 1-3-2. Процесс 1-3 – изохора, работа не совершается. Но температура растет, определим, как.

Процесс 3-2 – изобара. Работа в процессе 3-2 равна

Изменение температуры составило . Следовательно, можем определить изменение внутренней энергии:

Теперь найдем общее количество теплоты, переданное газу при таком переходе:

Процесс перехода 1-4-2 отличается только совершенной работой. Определим ее:

Определим отношение количеств теплоты:

Ответ: .

Задача 3.

Идеальный одноатомный газ, взятый в количестве 1 моль, переводят из состояния 1 в состояние 4. Какое количество теплоты сообщили в этом процессе газу? Масса газа во время процесса не меняется.

К задаче 3

Определим сначала изменение внутренней энергии, для этого составим объединенный газовый закон для точек 1 и 4.

Изменение внутренней энергии равно

Теперь определим работу. Работу удобно определить как площадь под кривой процесса. Разобьем эту площадь на удобные «куски» — трапеции.

К задаче 3. Определяем работу

Теперь найдем общее количество теплоты, переданное газу:

Ответ: 1450 Дж.

Задача 4.

На рисунке представлена диаграмма цикла с одноатомным идеальным газом, взятым в количестве 0,3 моль. Участки и — адиабаты. Определите работу, совершенную газом на участке .

К задаче 4

Участок по условию – адиабата, то есть передачи тепла газу на этом участке не происходит, следовательно, работа будет совершена за счет «внутренних резервов» — то есть внутренней энергии. Нужно, следовательно, найти, как она изменилась.

Задачу можно решить двумя способами. Во-первых, просто определить температуры в точках и , это легко сделать из данных графика с помощью уравнения Менделеева-Клапейрона, и затем посчитать . Но, так как , а ,то изменение внутренней энергии будет равно

Ответ: 1350 Дж.

Задача 5.

Один моль одноатомного идеального газа расширяется сначала изобарно, а затем по линейному закону, причем прямая линия проходит через начало координат . . Найдите , если количество тепла, сообщенное газу на участке 1-2, в 4 раза меньше работы, совершенной на участке 2-3.

К задаче 5

Определим количество тепла, сообщенное газу на участке 1-2, и работу, совершенную на участке 2-3.

Для изобарного процесса 1-2 запишем закон Гей-Люссака:

Откуда

Следовательно, изменение внутренней энергии газа равно

Работа на этом участке равна площади под графиком, под участком 1-2:

Тогда тепло, переданное газу, равно

Теперь рассмотрим процесс 2-3. Нам нужно определить лишь работу газа на этом участке. Площадь под этим участком – трапеция, поэтому

Из подобия треугольников и запишем:

Тогда

Так как по условию , то

Так как , то

Сократим, что возможно:

Из первой записанной нами формулы (закона Гей-Люссака) следует, что

Тогда

Или

Введем замену :

Понятно, отрицательный корень нас не интересует.

Ответ: .

Источник

Задачи из ДЕМОВАРИАНТОВ (с решениями)

1. Воздушный шар, оболочка
которого имеет массу М = 145 кг и объем V =
230 м³, наполняется горячим воздухом при нормальном
атмосферном давлении и температуре окружающего воздуха t_о
= 0^оС. Какую минимальную температуру t должен
иметь воздух внутри оболочки, чтобы шар начал подниматься? Оболочка
шара нерастяжима и имеет в нижней части небольшое отверстие.
Образец возможного решения

2. Воздушный
шар с газонепроницаемой оболочкой массой 400 кг заполнен гелием.
Он может удерживать в воздухе на высоте, где температура воздуха
17^оС, а давление 10⁵ Па, груз массой 225
кг. Какова масса гелия в оболочке шара? Считать, что оболочка
шара не оказывает сопротивления изменению объема шара.
Образец возможного решения

2*. В камере, заполненной азотом, при температуре T = 300 К находится открытый цилиндрический сосуд (см. рис. 1). Высота сосуда L = 50 см. Сосуд плотно закрывают цилиндрической пробкой и охлаждают до температуры T₁. В результате расстояние от дна сосуда до низа пробки становится равным h = 40 см (см. рис. 2). Затем сосуд нагревают до первоначальной температуры T₀. Расстояние от дна сосуда до низа пробки при этой температуре становится равным H = 46 см (см. рис. 3). Чему равна температура T₁? Величину силы трения между пробкой и стенками сосуда считать одинаковой при движении пробки вниз и вверх. Массой пробки пренебречь. Давление азота в камере во время эксперимента поддерживается постоянным.
Образец возможного решения

3. В медный
стакан калориметра массой 200 г, содержащий 150 г воды, опустили
кусок льда, имевший температуру 0°С. Начальная температура калориметра
с водой 25°С. В момент времени, когда наступит тепловое равновесие,
температура воды и калориметра стала равной 5°С. Рассчитайте массу
льда. Удельная теплоемкость меди 390 Дж/кг•К, удельная теплоемкость
воды 4200 Дж/кг•К, удельная теплота плавления льда 3,35•10⁵
Дж/кг. Потери тепла калориметром считать пренебрежимо малыми.
Образец возможного решения

4. Необходимо расплавить лёд массой 0,2 кг,
имеющий температуру 0^оС. Выполнима ли эта задача,
если потребляемая мощность нагревательного элемента – 400 Вт,
тепловые потери составляют 30%, а время работы нагревателя не
должно превышать 5 минут?
Образец возможного решения

4*. Теплоизолированный горизонтальный сосуд разделён пористой перегородкой на две равные части. В начальный момент в левой части сосуда находится ν = 2 моль гелия, а в правой – такое же количество моль аргона. Атомы гелия могут проникать через перегородку, а для атомов аргона перегородка непроницаема. Температура гелия равна температуре аргона: Т = 300 К. Определите отношение внутренних энергий газов по разные стороны перегородки после установления термодинамического равновесия.
Образец возможного решения

4**. Теплоизолированный цилиндр разделён подвижным теплопроводным поршнем на две части. В одной части цилиндра находится гелий, а в другой – аргон. В начальный момент температура гелия равна 300 К, а аргона – 900 К; объёмы, занимаемые газами, одинаковы, а поршень находится в равновесии. Поршень медленно перемещается без трения. Теплоёмкость поршня и цилиндра пренебрежимо мала. Чему равно отношение внутренней энергии гелия после установления теплового равновесия к его энергии в начальный момент?
Образец возможного решения

5. В вакууме
закреплен горизонтальный цилиндр с поршнем. В цилиндре находится
0,1 моль гелия. Поршень удерживается упорами и может скользить
влево вдоль стенок цилиндра без трения. В поршень попадает пуля
массой 10 г, летящая горизонтально со скоростью 400 м/с, и застревает
в нем. Температура гелия в момент остановки поршня в крайнем левом
положении возрастает на 64 К. Какова масса поршня? Считать, что
за время движения поршня газ не успевает обменяться теплом с поршнем
и цилиндром.
Образец возможного решения

6. В горизонтальном цилиндрическом сосуде,
закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Первоначальное
давление газа p₁ = 4•10⁵
Па. Расстояние от дна сосуда до поршня равно L. Площадь
поперечного сечения поршня S = 25 см². В
результате медленного нагревания газ получил количество теплоты
Q = 1,65 кДж, а поршень сдвинулся на расстояние x
= 10 см. При движении поршня на него со стороны стенок сосуда
действует сила трения величиной F_тр = 3•10³
Н. Найдите L. Считать, что сосуд находится в вакууме.
Образец возможного решения

7. На pT-диаграмме показан
цикл тепловой машины, у которой рабочим телом является идеальный
газ (см. рисунок). На каком из участков цикла 1 – 2, 2 – 3, 3
– 4, 4 – 1 работа газа наибольшая по модулю?
Образец возможного решения

8. 10 моль одноатомного идеального
газа сначала охладили, уменьшив давление в 3 раза, а затем нагрели
до первоначальной температуры 300 К (см. рисунок). Какое количество
теплоты получил газ на участке 2 — 3?
Образец возможного решения

9. 10 моль идеального одноатомного газа охладили,
уменьшив давление в 3 раза. Затем газ нагрели до первоначальной
температуры 300 К (см. рисунок). Какое количество теплоты сообщено
газу на участке 2 — 3?
Образец возможного решения

10. 1 моль идеального одноатомного газа сначала
охладили, а затем нагрели до первоначальной температуры 300
К, увеличив объем газа в 3 раза (см. рисунок). Какое количество
теплоты отдал газ на участке 1 — 2?
Образец возможного решения

10*. Над одноатомным идеальным газом проводится циклический процесс, показанный на рисунке. На участке 1–2 газ совершает работу А₁₂ = 1000 Дж. На адиабате 3–1 внешние силы сжимают газ, совершая работу |A₃₁| = 370 Дж. Количество вещества газа в ходе процесса не меняется. Найдите количество теплоты |Q_хол|, отданное газом за цикл холодильнику.
Образец возможного решения

11. Рассчитайте КПД тепловой
машины, использующей в качестве рабочего тела одноатомный идеальный
газ и работающей по циклу, изображенному на рисунке.
Образец возможного решения

Избранные задачи прошлых лет (с ответами)

12. Вертикально расположенный
замкнутый цилиндрический сосуд высотой 50 см разделен подвижным
поршнем весом 110 Н на две части, в каждой из которых содержится
одинаковое количество идеального газа при температуре 361 К. Сколько
молей газа находится в каждой части цилиндра, если поршень находится
на высоте 20 см от дна сосуда? Толщиной поршня пренебречь.

13. В калориметре
находился лед при температуре t₁ = — 5 °С.
Какой была масса m₁ льда, если после добавления
в калориметр m₂ = 4 кг воды, имеющей температуру
t₂ = 20 °С, и установления теплового равновесия
температура содержимого калориметра оказалась равной t
= 0 °С, причем в калориметре была только вода?

14. Теплоизолированный
цилиндр разделен подвижным теплопроводным поршнем на две части.
В одной части цилиндра находится гелий, а в другой — аргон. В
начальный момент температура гелия равна 300 К, а аргона — 900
К. При этом объемы, занимаемые газами одинаковы. Какую температуру
будут иметь газы в цилиндре после установления теплового равновесия,
если поршень перемещается без трения? Теплоемкостью сосуда и поршня
пренебречь.

15. Теплоизолированный
сосуд объемом V = 2 м³ разделен теплопроводящей
перегородкой на две части одинакового объема. В одной части находится
m = 1 кг гелия, а в другой части m = 1 кг аргона.
Средняя квадратичная скорость атомов аргона равна средней квадратичной
скорости атомов гелия и составляет υ = 500 м/с. Рассчитайте
парциальное давление гелия после удаления перегородки.

16. Теплоизолированный
сосуд объемом V = 2 м³ разделен пористой перегородкой
на две равные части. В начальный момент в одной части сосуда находится
ν_He = 2 моль гелия, а в другой – ν_Ar
= 1 моль аргона. Температура гелия Т_He = 300
К, а температура аргона Т_Ar = 600 К. Атомы
гелия могут свободно проникать через поры в перегородке, а атомы
аргона – нет. Определите температуру гелия после установления
теплового равновесия в системе.

17. С одним молем идеального
одноатомного газа совершают процесс 1-2-3-4, показанный на рисунке
в координатах V-Т. Во сколько раз количество теплоты,
полученное газом в процессе 1-2-3-4 больше работы газа в этом
процессе?

18. Один моль одноатомного
идеального газа совершает процесс 1-2-3 (см. рисунок). На участке
2 — 3 к газу подводят 3 кДж теплоты. Т₀ =
100 К. Найдите отношение работы, совершаемой газом в ходе всего
процесса А₁₂₃, к соответствующему полному
количеству подведенной к нему теплоты Q₁₂₃.

19. Один моль идеального
одноатомного газа сначала изотермически сжали (Т₁
= 300 К). Затем газ изохорно охладили, понизив давление в 3 раза
(см. рисунок). Какое количество теплоты отдал газ на участке 2
— 3?

20. Идеальный одноатомный
газ расширяется сначала адиабатно, а затем изобарно. Конечная
температура газа равна начальной (см. рисунок). За весь процесс
1-2-3 газом совершается работа, равная 5 кДж. Какую работу совершает
газ при адиабатном расширении?

21. На рисунке в координатах
p,T показан цикл тепловой машины, у которой
рабочим телом является идеальный газ. На каком участке цикла работа
газа наименьшая по модулю?

22. Один моль одноатомного
идеального газа совершает цикл, изображенный на pV-диаграмме
(см. рисунок). Участок 1 – 2 –– изотерма, 2 – 3 –– изобара, 3
– 1 –– адиабата. Работа, совершаемая газом за цикл, равна А.
Разность температур в состояниях 1 и 3 составляет ΔТ.
Какую работу совершает газ при изотермическом процессе?

23. Газообразный гелий находится
в цилиндре под подвижным поршнем. Газ сжимают в адиабатическом
процессе, переводя его из состояния 1 в состояние 2 (см. рис.).
Над газом совершается при этом работа сжатия А₁₂
(А₁₂> 0). Затем газ расширяется в изотермическом
процессе 2-3, и, наконец, из состояния 3 газ переводят в состояние
1 в процессе, когда его давление Р прямо пропорционально
объему V. Найти работу А₂₃, которую
совершил газ в процессе изотермического расширения, если во всем
замкнутом цикле 1-2-3-1 он совершил работу А.

24. Температура
гелия увеличилась в k = 3 раза в процессе P²V
= const (Р — давление, V — объем газа), а его
внутренняя энергия изменилась на 100 Дж. Найти: 1) начальный объем
V₁ газа; 2) начальное давление P₁
газа. Максимальный объем, который занимал газ в процессе нагрева,
равнялся V_max = 3 л.

25. Одноатомный идеальный
газ неизменной массы совершает циклический процесс, показанный
на рисунке. За цикл от нагревателя газ получает количество теплоты
Q_H = 8 кДж. Чему равна работа газа за цикл?

Ответы к избранным задачам
прошлых лет

Источник

Термодинамика. Работа в термодинамике, первый закон термодинамики, КПД тепловой машины

В. З. Шапиро

Девятое задание ЕГЭ по физике проверяет знания по разделам «Молекулярная физика» и «Термодинамика». Это задание базового уровня. В нём отсутствует возможность выбора ответа. Особое внимание надо уделить теме «Насыщенный пар. Относительная влажность воздуха». Качественное понимание всех происходящих процессов приведет к правильному решению задачи.

1. Относительная влажность воздуха в сосуде, закрытом поршнем, равна 40%. Во сколько раз необходимо уменьшить объём сосуда, чтобы водяной пар в нём стал насыщенным?

Ответ: в___________________________ раз(а).

Необходимая теория: Насыщенный пар

Относительная влажность равна 100% в случае, если водяной пар становится насыщенным. Увеличение влажности при постоянной температуре происходит из-за роста парциального давления водяного пара. Это давление растет с уменьшением объёма сосуда.

$varphi = frac{p}{p_0}cdot 100% .$ Отношение влажностей воздуха будет равно обратному отношению объемов сосуда. $frac{varphi _2}{varphi _1}=frac{V_1}{V_2}; frac{V_1}{V_2}=frac{100%}{40%}=2,5.$

Ответ: в 2,5 раза.

У идеального теплового двигателя Карно температура нагревателя 327°С, а температура холодильника 27°С. Определите КПД теплового двигателя.

Ответ: ___________________________ %.

Необходимая теория: Тепловые машины

Формула для расчета КПД идеальной машины имеет вид: подставим сюда данные из условия задачи, переведя температуру в градусы Кельвина.

Секрет решения: В формуле для расчета КПД идеальной тепловой машины необходимо переводить температуру в градусы Кельвина. Если в числителе разность температур по обеим шкалам одинаковая, то в знаменателе температура должна быть строго по абсолютной шкале.

3. На рисунке показан график изменения состояния постоянной массы одноатомного идеального газа. В этом процессе газ получил количество теплоты, равное 3 кДж. На сколько в результате этого увеличилась его внутренняя энергия?

Ответ: на ___________________________ кДж

Необходимая теория: Первый закон термодинамики

Для решения задачи необходимо применить первый закон термодинамики

Так как график проходит через начало координат, то он характеризует изохорный процесс (V = const). При этом процессе газ работу не совершает, работа внешних сил также равна нулю. Поэтому первый закон термодинамики принимает вид Так как газ получил 3 кДж теплоты, то оно полностью пошло на изменение его внутренней энергии.

Ответ: 3 кДж.

4. На pV-диаграмме (см. рисунок) показано, как изменялось давление газа при его переходе из состояния 1 в состояние 3. Каково отношение $frac{A_{12} }{A_{23} }$ работ газа в процессах 1–2 и 2–3?

На pV-диаграмме работа, совершенная газом, численно равна площади под графиком. На участке 1-2 надо найти площадь прямоугольника, на участке 2-3 площадь трапеции.

$A_{12 }= 1cdot 2 = 2; A_{23} = frac{1+3}{2}cdot 2=4. frac{A_{12}}{A_{23}}= frac{2}{4}=0,5.$

Ответ: 0,5.

Понимание того, как термодинамические процессы изображаются на графиках, необходимо при решении задач, и особенно задач второй части. Любой график – это тот же самый текст, только имеющий другой вид (форму).

Благодарим за то, что пользуйтесь нашими материалами.
Информация на странице «Задание 9 ЕГЭ по физике» подготовлена нашими редакторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к экзаменам.
Чтобы успешно сдать необходимые и поступить в высшее учебное заведение или колледж нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий.
Также вы можете воспользоваться другими статьями из данного раздела.

Публикация обновлена:
09.03.2023

Источник

Задачи по термодинамике с решениями

Изменение внутренней энергии при теплообмене. Теплота сгорания топлива.

5.1.1 Тело нагрелось на 5 К, поглотив 10 кДж теплоты. Чему равна его теплоемкость?
5.1.2 На сколько градусов нагреется вода массой 0,5 кг, если ей сообщить 16,8 кДж тепла?
5.1.3 Сколько тепла выделится при сгорании 2 кг бензина?
5.1.4 На сколько увеличилась внутренняя энергия 1 кг воды при нагревании её на 2 К?
5.1.5 Сколько тепла было передано льдинке массой 50 г, если она нагрелась на 3 К?
5.1.6 Какая установится температура воды после смешивания 39 л воды при 20 C и 21 л при 60 C?
5.1.7 Железный стержень массой 5 кг, нагретый до 550 C, опускается в воду. Сколько теплоты
5.1.8 Сколько литров воды при 100 C нужно добавить к воде при 20 C, чтобы получить
5.1.9 В стакане было 50 г воды при температуре 20 C. В него долили 100 г воды при температуре
5.1.10 Реактивный самолет пролетает с постоянной скоростью 250 м/с путь 1800 км, затрачивая
5.1.11 Гусеничный трактор развивает номинальную мощность 60 кВт и при этой мощности
5.1.12 В стакане имеется 250 г воды при температуре 80 C. На сколько понизится температура
5.1.13 Воду массой 4,65 кг, взятую при температуре 286 К, нагревают до 308 К погружением куска
5.1.14 Определить удельную теплоемкость трансформаторного масла, если для нагревания 5 т
5.1.15 Тепловая нагрузка горелки водонагревателя равна 25 МДж/ч, вместимость бака 80 л
5.1.16 В электрическом чайнике мощностью 800 Вт можно вскипятить 1,6 л воды, имеющей
5.1.17 Для закалки стальную деталь, нагретую до 1073 К, массой 0,5 кг опустили в воду массой 10 кг
5.1.18 Мощность, развиваемая двигателем самолета на скорости 900 км/ч, равна 3 МВт. При этом
5.1.19 Определите расход бензина автомобилем на 1 км пути при скорости 72 км/ч. Мощность
5.1.20 Горячее тело, температура которого 70 C, приведено в соприкосновение с холодным телом
5.1.21 Для экономии энергии стальной бак массой 4 кг заменили стальной сеткой массой 1,5 кг
5.1.22 Смешали 24 кг цемента при температуре 5 C с 30 л воды при температуре 35 C. Определить
5.1.23 Для приготовления ванны необходимо смешать холодную воду при 11 C и горячую
5.1.24 Автомобиль расходует 5,67 кг бензина на 50 км пути. Определить мощность, развиваемую
5.1.25 Алюминиевый сосуд содержит 118 г воды при температуре 20 C. Кусок железа массой
5.1.26 Автомобиль, движущийся со средней скоростью 72 км/ч, развивает силу тяги 2500 Н
5.1.27 Определить КПД нагревателя, расходующего 80 г керосина на нагревание 3 л воды
5.1.28 На спиртовке нагревали воду массой 100 г от 16 до 71 C. При этом был сожжен спирт массой
5.1.29 Медное тело, нагретое до 100 C, опущено в воду, масса которой равна массе тела
5.1.30 На сколько километров пути хватит 40 л бензина автомобилю, движущемуся со скоростью
5.1.31 В ванне находится 400 л воды при температуре 30 C. Из крана вытекает горячая вода
5.1.32 Чтобы нагреть 1,8 кг воды от 18 C до кипения на горелке с КПД 25%, потребовалось
5.1.33 У какого из тел теплоемкость больше и во сколько раз: у куска свинца массой 1 кг или
5.1.34 Для определения удельной теплоёмкости 0,15 кг вещества, взятого при температуре 100 C
5.1.35 Сколько керосина необходимо сжечь, чтобы 50 л воды нагреть от 20 C до кипения? КПД
5.1.36 На зажженную спиртовку с КПД 60% поставили сосуд с 500 г воды при 20 C. Через какое
5.1.37 Какое количество керосина потребовалось бы сжечь, чтобы вывести спутник массой
5.1.38 Какую массу керосина потребовалось бы сжечь, чтобы вывести спутник массой 1000 кг
5.1.39 В стеклянный сосуд массой 120 г, имеющий температуру 20 C, налили горячую воду
5.1.40 В батарею водяного отопления вода поступает при 80 C по трубе площадью поперечного
5.1.41 Газовая нагревательная колонка потребляет 1,8 м3 метана (CH4) в час. Найти температуру
5.1.42 Какую массу керосина нужно сжечь, чтобы вывести спутник массой 1000 кг на круговую
5.1.43 Некоторая установка, выделяющая мощность 30 кВт, охлаждается проточной водой
5.1.44 Теплоизолированный сосуд разделен на две части перегородкой, не проводящей тепла
5.1.45 Ванну емкостью 100 литров необходимо заполнить водой, имеющей температуру 30 C
5.1.46 В калориметр налили 500 г воды, имеющей температуру 40 C, и положили кусок льда
5.1.47 В сосуд, содержащий 1 кг льда при температуре 0 C, влили 330 г воды при температуре 50 C
5.1.48 Слой льда толщиной 4,2 см имеет температуру 0 C. Какова минимальная толщина слоя воды
5.1.49 В калориметр, содержащий 100 г льда при температуре 0 C, налили 150 г воды, имеющей

Фазовые переходы

5.2.1 Сколько требуется энергии для испарения 4 кг воды, взятой при температуре кипения?
5.2.2 Из 450 г водяного пара с температурой 373 К образовалась вода. Сколько теплоты
5.2.3 Сколько тепла выделится при конденсации 10 г пара и охлаждении получившейся воды
5.2.4 Монету из вещества с плотностью 9000 кг/м3 и удельной теплоёмкостью 0,22 кДж/(кг*К)
5.2.5 На сколько возрастёт потенциальная энергия взаимодействия между молекулами
5.2.6 Кусок свинца массой 1,6 кг расплавился наполовину при сообщении ему количества
5.2.7 В теплоизолированном сосуде находится вода при 273 К. Выкачивая из сосуда воздух
5.2.8 На нагревание 5 кг воды от 303 К до кипения и на обращение в пар при температуре
5.2.9 Сколько было затрачено бензина в нагревателе с КПД 32%, если с его помощью 4 кг воды
5.2.10 При охлаждении 40 кг жидкого олова, взятого при температуре плавления 505 К
5.2.11 Нагретый алюминиевый куб положили на лёд, и он полностью погрузился в лёд. До какой
5.2.12 Водяной пар массой 200 кг при температуре 100 C пропустили через воду при температуре
5.2.13 Комок мокрого снега массой 0,3 кг поместили в 1,2 л воды при температуре 21 C. После того
5.2.14 В калориметре находится 1 кг льда при -40 C. В него впускают 1 кг пара при 120 C
5.2.15 Под невесомым поршнем в цилиндре находится 1 кг воды при температуре 0 C. В воду
5.2.16 Сколько энергии нужно затратить, чтобы 6 кг льда при -20 C обратить в пар
5.2.17 В сосуд, содержащий 10 кг льда при 0 C, влили 3 кг воды при 90 C. Какая установится
5.2.18 В теплоизолированный сосуд малой теплоёмкости налили 0,4 кг воды при 293 К и положили
5.2.19 В холодильник, потребляющий мощность 200 Вт, поместили воду массой 2 кг
5.2.20 Через воду, имеющую температуру 10 C, пропускают водяной пар при 100 C. Сколько
5.2.21 Струя стоградусного водяного пара направляется на кусок льда массой 10 кг
5.2.22 В 5 кг воды, температура которой 288 К, опущен 1 кг льда с температурой 270 К. Какая
5.2.23 В литр воды при 20 C бросили комок мокрого снега массой 250 г. Когда весь снег растаял
5.2.24 Колба, теплоемкостью которой можно пренебречь, содержит 600 г воды при 80 C
5.2.25 На электрической плитке мощностью 600 Вт находится чайник с двумя литрами воды
5.2.26 В условиях Севера пресную воду получают из снега. Сколько дров нужно израсходовать
5.2.27 Тающий лёд массой 0,5 кг погрузили в калориметр с 0,3 кг воды при температуре 80 C
5.2.28 При замораживании некоторого вещества в холодильнике потребовалось 4 мин для того
5.2.29 В ведре находится смесь воды со льдом массой m=10 кг. Ведро внесли в комнату
5.2.30 В сосуд с водой объемом 0,25 л при 20 C поместили 50 г расплавленного свинца
5.2.31 В сосуд, содержащий 2,3 кг воды при 20 C, бросают кусок стали, который передаёт воде
5.2.32 Калориметр содержит 250 г воды при температуре 15 C. В воду бросили 20 г мокрого
5.2.33 В калориметр теплоёмкостью 1254 Дж/К бросили 30 г мокрого снега
5.2.34 Сосуд, содержащий воду, внесли в теплую комнату, причем за 15 мин температура
5.2.35 Алюминиевый чайник массой 0,4 кг, в котором находится 2 кг воды при 10 C
5.2.36 В латунный калориметр массы 0,3 кг , содержащий 1 кг воды при 18 C, опускается
5.2.37 В калориметр, содержащий 1,5 кг воды при 20 C, положили 1 кг льда, имеющего
5.2.38 В сосуд с водой объемом 0,25 л при 20 C поместили 50 г расплавленного свинца

Изменение внутренней энергии тела при совершении работы

5.3.1 Стальной шар падает с высоты 15 м. При ударе о землю вся накопленная им энергия
5.3.2 Многократное перегибание алюминиевой проволоки массой 2 г нагревает её на 40 C
5.3.3 На сколько температура воды у основания водопада с высотой 20 м больше
5.3.4 С какой скоростью должна лететь свинцовая пуля, чтобы при ударе о препятствие
5.3.5 При трении двух тел, теплоёмкости которых по 800 Дж/К, температура через 1 мин
5.3.6 Найти высоту, на которой потенциальная энергия груза массой 1000 кг равна количеству
5.3.7 Чему равна высота водопада, если температура воды у его основания на 0,05 C больше
5.3.8 С какой высоты упал свинцовый шар, если при падении изменение его температуры
5.3.9 Две одинаковых льдинки летят навстречу друг другу с одинаковыми скоростями
5.3.10 Вода падает с высоты 60 м. На сколько температура воды внизу водопада выше
5.3.11 С какой скоростью должна лететь льдинка при 0 C, чтобы при резком торможении
5.3.12 Снежок, летящий со скоростью 20 м/с, ударяется в стену. Какая часть его расплавится
5.3.13 Стальной шар, падая свободно, достиг скорости 41 м/с и, ударившись о землю
5.3.14 Свинцовая пуля массой 10 г, летящая горизонтально со скоростью 100 м/с, попадает
5.3.15 Свинцовая пуля, летящая со скоростью 430 м/с, пробивает стену, причем скорость
5.3.16 При выстреле вертикально вверх свинцовая пуля ударилась о неупругое тело
5.3.17 Свинцовая пуля пробивает доску, при этом её скорость падает с 400 до 200 м/с
5.3.18 Свинцовая пуля, летящая горизонтально со скоростью 500 м/с, пробивает
5.3.19 С какой скоростью должна лететь свинцовая пуля, чтобы расплавиться при ударе
5.3.20 Железный метеорит влетает в атмосферу Земли со скоростью 1,5·10³ м/с
5.3.21 Сани массы 300 кг равномерно движутся по горизонтальной снежной поверхности
5.3.22 Найти работу газа, совершенную в процессе 1-2-3
5.3.23 Найти работу газа в процессе 1-2-3
5.3.24 Найти работу газа в процессе 1-2
5.3.25 Укажите, в каком из случаев работу внешних сил по изменению состояния идеального газа

Внутренняя энергия идеального газа. Работа газа при изменении объема.

5.4.1 Какова температура одноатомного идеального газа, если известно, что внутренняя энергия
5.4.2 На сколько увеличится внутренняя энергия 1,5 моль гелия при нагревании на 40 К?
5.4.3 Газ, занимающий объем 6,6 л, расширяется при постоянном давлении 515 кПа
5.4.4 При сжатии газа внешними силами была совершена работа 12 кДж. Какую работу
5.4.5 Газ, занимающий объем 460 л при температуре 280 К, нагрели до 295 К. Найти работу
5.4.6 Углекислый газ массой 220 г имеет температуру 290 К. Определить работу газа
5.4.7 Определить работу, которую совершает газ при изобарном нагревании на 50 C, если он
5.4.8 Газ был нагрет изобарно от 285 до 360 К. Какую работу совершил при этом газ
5.4.9 160 г гелия нагревают от 50 до 60 C. Найти работу газа при постоянном давлении
5.4.10 Рассчитайте внутреннюю энергию одноатомного идеального газа в количестве 3 моль
5.4.11 Какую работу совершил гелий массой 40 г при его изобарном нагревании на 20 К?
5.4.12 На сколько изменится внутренняя энергия восьми молей идеального одноатомного газа
5.4.13 Вычислить работу, которую совершают 2 моля идеального газа при изобарном
5.4.14 Каково давление одноатомного газа, занимающего объем 2 л, если его внутренняя
5.4.15 На сколько изменится давление идеального одноатомного газа, если его внутреннюю
5.4.16 Во сколько раз изменится внутренняя энергия идеального газа, если его давление
5.4.17 Внутренняя энергия одноатомного газа массой m при температуре T равна U
5.4.18 На сколько градусов надо нагреть газ, чтобы его объем увеличился вдвое по сравнению
5.4.19 Какая масса водорода находится в цилиндре под поршнем, если при изобарном
5.4.20 Один моль газа, имевший начальную температуру 300 К, изобарно расширился
5.4.21 Какую работу совершил водород массой 3 г при изобарном нагревании на 100 К?
5.4.22 19 м3 воздуха имеют температуру 50 C. Какую работу совершит воздух, расширяясь
5.4.23 В координатах давление-объем график процесса в идеальном одноатомном газе имеет
5.4.24 Объем 120 г кислорода при изобарном нагревании увеличился в два раза. Определите
5.4.25 В цилиндре под тяжелым поршнем находится 20 г углекислого газа. Газ нагревается
5.4.26 На диаграмме T (температура) – V (объем) график процесса представляет собой прямую
5.4.27 Над идеальным газом проводят два замкнутых процесса. Какое соотношение
5.4.28 Некоторая масса газа, занимающего объем 0,01 м3, находится при давлении 0,1 МПа
5.4.29 Кислород массой 0,3 кг при температуре 320 К охладили изохорно так, что его давление
5.4.30 Некоторое количество газа нагревается от температуры 300 до 400 К. При этом объем газа
5.4.31 Газ изобарно увеличился в объеме в три раза при давлении 3000 кПа. Определить
5.4.32 В цилиндре находится газ, удерживаемый в объеме 1 м3 силой тяжести поршня и силой
5.4.33 Газообразный водород массой 1 кг при начальной температуре 300 К охлаждают
5.4.34 Определите работу, совершаемую одним молем газа за цикл, если
5.4.35 В сосуде объемом 2 л находится гелий при давлении 100 кПа и температуре 200 К
5.4.36 Два одинаковых сосуда, содержащих одинаковое число молекул азота, соединены
5.4.37 Два сосуда, содержащие одинаковое количество атомов гелия, соединены краном
5.4.38 Два одинаковых сосуда, содержащие одинаковое число молекул азота, соединены
5.4.39 Два теплоизолированных сосуда соединены трубкой с закрытым краном. В первом

Первый закон термодинамики. Тепловой двигатель

5.5.1 Газ при изотермическом расширении получил 10 кДж теплоты. Чему равна
5.5.2 Какое количество теплоты получил гелий массой 1,6 г при изохорном нагревании
5.5.3 В адиабатическом процессе газ совершил работу 50 кДж. Чему равно приращение
5.5.4 Сколько тепла получил газ, если известно, что для его сжатия была совершена работа
5.5.5 При адиабатном расширении внутренняя энергия газа уменьшилась на 120 Дж. Какую
5.5.6 При изохорном нагревании 10 г неона его температура увеличилась на 205 К
5.5.7 Какое количество теплоты сообщили гелию массой 640 г при изобарном нагревании
5.5.8 Определить, какое количество теплоты надо сообщить неону массой 400 г, чтобы
5.5.9 Какой процесс произошёл при сжатии идеального газа, если работа, совершаемая
5.5.10 При постоянном давлении 5 молям одноатомного газа сообщили теплоту 10 кДж
5.5.11 В закрытом сосуде объемом 2,5 л находится гелий при температуре 17 C и давлении
5.5.12 Один моль идеального газа, находящегося при температуре T0, нагревают. Какое
5.5.13 Закрытый баллон емкостью 50 л содержит аргон под давлением 200 кПа. Каким
5.5.14 Криптон массой 1 г был нагрет на 100 К при постоянном давлении. Какое количество
5.5.15 При изобарном расширении газа на 0,5 м3 ему было передано 0,26 МДж теплоты
5.5.16 В изотермическом процессе газ совершил работу 2 кДж. На сколько увеличится
5.5.17 Какой график соответствует процессу, в котором температура газа изменяется только
5.5.18 Количество теплоты, передаваемое газу, одинаково. В каком газовом процессе нагрев
5.5.19 Сколько молей одноатомного газа нагрели на 10 К, если количество подведенной
5.5.20 Один моль одноатомного идеального газа нагревается при постоянном объеме
5.5.21 При нагревании 1 кг неизвестного газа на 1 К при постоянном давлении требуется
5.5.22 При изобарном расширении 40 г гелия его объем увеличили в два раза. Начальная
5.5.23 Идеальный одноатомный газ в количестве 5 моль сначала охлаждают
5.5.24 Один моль идеального одноатомного газа находится при нормальных условиях. Какое
5.5.25 При расширении одноатомного газа от 0,2 до 0,5 м3 его давление росло линейно
5.5.26 Двигатель Дизеля, КПД которого равен 35%, за некоторое время выбросил в атмосферу
5.5.27 Коэффициент полезного действия тепловой машины 20%. Какую работу совершает
5.5.28 Определить коэффициент полезного действия теплового двигателя, если температура
5.5.29 Идеальная тепловая машина совершает за цикл работу 1 кДж и отдаёт холодильнику
5.5.30 В идеальной тепловой машине температура нагревателя в три раза выше температуры
5.5.31 Во сколько раз максимально возможный КПД газовой турбины больше максимально
5.5.32 Идеальная тепловая машина совершает работу 200 Дж, при этом холодильнику
5.5.33 Каков КПД идеальной паровой турбины, если пар поступает в турбину при температуре
5.5.34 КПД тепловой машины равен 15%. Какое количество теплоты передано от нагревателя
5.5.35 В результате циклического процесса газ совершил работу 100 Дж и передал
5.5.36 Тепловая машина работает по циклу Карно. Температура нагревателя 400 C
5.5.37 Газ в идеальной тепловой машине 70% теплоты, полученной от нагревателя
5.5.38 Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, получает от нагревателя
5.5.39 В идеальной тепловой машине за счёт каждого килоджоуля теплоты, получаемой
5.5.40 Двигатель работает по циклу Карно. Во сколько раз изменится его КПД, если при
5.5.41 Тепловой двигатель работает по циклу Карно. Количество теплоты, отдаваемое
5.5.42 Тепловая машина имеет максимальный КПД 35%. Определить температуру нагревателя
5.5.43 Коэффициент полезного действия тепловой машины равен 25%. В результате её
5.5.44 Тепловая машина с максимально возможным КПД имеет в качестве нагревателя
5.5.45 Один моль одноатомного газа совершает цикл, состоящий из двух изохор и двух изобар
5.5.46 Над одним молем идеального газа совершают цикл, показанный на рисунке
5.5.47 В некотором процессе внутренняя энергия газа уменьшилась на 300 Дж, а газ
5.5.48 При изобарном расширении гелия совершена работа, равная 500 Дж. Какое
5.5.49 Если в некотором процессе газу сообщено 900 Дж теплоты, а газ при этом совершил
5.5.50 В каком из представленных на рисунке процессов AB, протекающих в данной массе газа
5.5.51 Два моля идеального газа совершают замкнутый цикл, изображенный на рисунке
5.5.52 В некотором процессе газу сообщено 800 Дж теплоты, а его внутренняя энергия
5.5.53 В некотором процессе газу сообщено 900 Дж теплоты, а его внутренняя энергия
5.5.54 На p-V диаграмме изображен цикл, проводимый с одноатомным идеальным газом
5.5.55 В идеальном тепловом двигателе за счёт каждого килоджоуля энергии, полученной
5.5.56 Холодильник идеального теплового двигателя имеет температуру 27 C. Как изменится
5.5.57 Холодильник идеального теплового двигателя имеет температуру 27 C. Как изменится
5.5.58 Идеальный тепловой двигатель совершает за один цикл работу 30 кДж
5.5.59 Температура нагревателя идеального теплового двигателя равна 327 C, а температура

( 51 оценка, среднее 4.53 из 5 )

Источник

←Применяем первый закон термодинамики к различным процессам

Задача 1:

На высоте 200км давление воздуха составляет примерно 10^-9 от нормального давления, а температура воздуха примерно 1200К. Оцените плотность воздуха на этой высоте. Ответ дайте 10^-10 , округлите до десятых

Начнем! Сначала преобразуем уравнение Менделеева-Клайперона для данного конкретного случая:

PV = νRT

$[boldsymbol{PV= frac{m}{M}R T}}}}]$

Заменим m = ρV, получим

$[boldsymbol{PV= frac{rho V}{M}R T}}}}]$

Очевидно, что можно разделить все уравнение на V, получим

$[boldsymbol{P= frac{rho}{M}R T}}}}]$

Выделяем из этого уравнения плотность, получим

$[boldsymbol{rho = frac{P M}{R T}}}}]$

$rho = frac{10^{-9} cdot 29 cdot10^{-3} cdot 10^5}{8,31 cdot 10^{-12}}}}}$ = 291· 10^-12≈ 2,9· 10^-10

Ответ: 2,9

Задача 2:

Абсолютная температура воздуха в сосуде под поршнем повысилась в 2 раза, и воздух перешел из состояния 1 в состояние 2. Сквозь зазор между поршнем и сосудом мог просачиваться воздух. Рассчитайте отношение N₂ / N₁ числа молекул газа в конце и в начале опыта.

Посмотрим, что мы имеем в относительных величинах, используем приложенный график:

V₂ = 3V₁ ,

p₂ = 2p₁ ,

Т₂ = 2Т₁— по условию задачи.

Обозначим искомое отношение буквой $k = frac{N_2}{N_1}$ / Тогда N₂ = k N₁ . Массу газа в поршне можно представить, как m = N· m₀ . Тогда, учитывая, что газ не менялся, массы вначале и в конце опыта будут тоже соответствовать условию m₂ = k m₁ .

В уравнении $boldsymbol{pV= frac{rho V}{M}R T}}}}$ постоянными будут только молярная масса М и газовая постоянная R. Преобразуем это уравнение, перенеся постоянные величины влево, а меняющиеся — вправо

$[boldsymbol{ frac{R}{M} = frac{pV}{m T}}}]$

То есть $boldsymbol{ frac{pV}{m T}}$ = const, а значи, мы можем составить уравнение

$[boldsymbol{ frac{p_1 V_1}{m_1 T_1} = frac{p_2 V_2}{m_2 T_2}}]$

Подставляем все значения

$[boldsymbol{ frac{p_1 V_1}{m_1 T_1} = frac{2p_1 3V_1}{km_1 2T_1}}]$

Сокращаем и получаем k = 3

Ответ: 3

Задача 3:

При постоянном давлении газообразный гелий нагрели на 20ºК. Какое количество теплоты получил гелий в этом процессе, если масса гелия равна 40г?

Используем измененную формулу первого закона термодинамики, учитывая,что гелий нагревали, значит тепло передавали газу, газ увеличивал объем и нагревался. Значит, везде берем знак «+»

Q = A + ΔU,

Так как нам известно, что давление постоянное, мы можем воспользоваться формулой

Q = ν R ΔT ( 1 + $boldsymbol{frac{i}{2}}$ )

В нашем случае газ гелий одноатомный, следовательно, i = 3.

Q = $boldsymbol{frac{5}{2}frac{m}{M}}$ R ΔT

Q = $frac{5cdot 40 cdot{10^{-3}} cdot{8,31} cdot20}{2 cdot4 cdot10^{-3}}$ = 4155

Ответ: 4155 Дж

Задача 4:

Идеальный одноатомный газ в количестве ν = 0,09 моль находится в равновесии в вертикальном гладком цилиндре под массивным поршнем с площадью S = 25 см². Внешнее атмосферное давление p₀ = 10⁵ Па. В результате охлаждения газа поршень опустился на высоту Δh = 4 см, а температура газа понизилась на ΔТ = 16 К. Какова масса поршня?

Для того,чтобы найти массу поршня, мы должны понять, где она здесь есть. а она — составляющая силы тяжести

F = mg

Поршень, находится в состоянии равновесия. Рассмотрим, какие силы действуют на поршень. Это сила внешнего атмосферного давления F_0д , которая зависит от давления р₀ и площади поверхности поршня S и силы тяжести поршня F с одной стороны, а с другой стороны эти силы уравновешиваются силой давления газа, находящегося по поршнем F_1д. Эти силы определяются:

F_0д = p₀· S ,

F_1д = p₁· S

Получаем уравнение:

p₀· S + mg = p₁· S

Отсюда

m = $boldsymbol{frac{Scdot{(p_1 - p_0)}}{g}}$

Осталось разобраться с давлением p₁ . В процессе охлаждения газа внешнее давление не менялось, масса поршня тоже оставалась прежней, а значит, давление внутри, под поршнем было постоянным. Ура! У нас изобарный процесс! А значит, пользуемся удобными формулами!

Можно воспользоваться уравнением Менделеева-Клайперона

р₁ V = νRT,

учитывая, что мы имеем дело с изменением температуры в правой части уравнения, а в левой измениться может только объем — у нас же изотермический процесс!

р₁ ·ΔV = νR·ΔT

Преобразуем уравнение, учитывая, что ΔV = S·Δh (см. рисунок), и найдем давление внутри цилиндра:

р₁ S·Δh = νR·ΔT

р₁ = $boldsymbol{frac{{nu}cdot Rcdot {Delta T}}{S cdot{Delta h}}}$

m = $boldsymbol{frac{Scdot{(p_1 - p_0)}}{g}cdotS}$ = $boldsymbol{frac{{nu}cdot Rcdot {Delta T cdot{not S}}}{{not S} cdot{Delta h}cdot g}}$ — $boldsymbol{frac{p_0 cdot S}{g}}$

m = $boldsymbol{frac{{0,09} cdot {8,31} cdot {16}}{0,04 cdot 10}}$ — $boldsymbol{frac{{10^5} cdot 25 cdot{10^{-4}}}{10}}$ = 29,916 — 25 = 4,916

Округляем ответ до целых, получаем m = 5 кг.

Ответ: 5 кг

←Применяем первый закон термодинамики к различным процессам

Источник