Задание 21 ЕГЭ по физике · 61D26E
Качественная задача: термодинамика
1 моль разреженного гелия участвует в циклическом процессе
1 – 2 – 3 – 4 – 1, график которого изображён на рисунке в координатах V – T, где V – объём газа, Т – абсолютная температура. Постройте график цикла в координатах p – V, где р – давление газа, V – объём газа. Опираясь на законы молекулярной физики и термодинамики, объясните построение графика. Определите, во сколько раз работа газа в процессе 2 – 3 больше модуля работы внешних сил в процессе 4 – 1.
1 – 2 – 3 – 4 – 1, график которого изображён на рисунке в координатах V – T, где V – объём газа, Т – абсолютная температура. Постройте график цикла в координатах p – V, где р – давление газа, V – объём газа. Опираясь на законы молекулярной физики и термодинамики, объясните построение графика. Определите, во сколько раз работа газа в процессе 2 – 3 больше модуля работы внешних сил в процессе 4 – 1.
Развёрнутый ответ: проверяется по критериям ФИПИ.
Решение
По уравнению состояния одного моля идеального газа pV=RT. В точках цикла имеем: 1:(T0,V0), 2:(3T0,V0), 3:(6T0,2V0), 4:(2T0,2V0).
Введём p0=RT0V0. Тогда давления в точках равны:
p1=RT0V0=p0,p2=3RT0V0=3p0,p3=6RT02V0=3p0,p4=2RT02V0=p0
Процесс 1–2 происходит при постоянном объёме V=V0, поэтому на p–V-диаграмме это вертикальный отрезок от точки (V0,p0) до точки (V0,3p0).
Процесс 2–3 происходит при постоянном давлении p=3p0, поэтому это горизонтальный отрезок от V0 до 2V0.
Процесс 3–4 происходит при постоянном объёме V=2V0, поэтому это вертикальный отрезок вниз от давления 3p0 до p0.
Процесс 4–1 происходит при постоянном давлении p=p0, поэтому это горизонтальный отрезок влево от объёма 2V0 до V0. На p–V-диаграмме цикл имеет вид прямоугольника.
Работа газа на участке 2–3 равна площади под графиком изобары:
A2–3=3p0(2V0−V0)=3p0V0
На участке 4–1 газ сжимается, поэтому работа газа отрицательна, а работа внешних сил положительна. Модуль работы внешних сил равен:
∣Aвнеш,4–1∣=p0(2V0−V0)=p0V0
Искомое отношение работ:
A2–3∣Aвнеш,4–1∣=3p0V0p0V0=3
Введём p0=RT0V0. Тогда давления в точках равны:
p1=RT0V0=p0,p2=3RT0V0=3p0,p3=6RT02V0=3p0,p4=2RT02V0=p0
Процесс 1–2 происходит при постоянном объёме V=V0, поэтому на p–V-диаграмме это вертикальный отрезок от точки (V0,p0) до точки (V0,3p0).
Процесс 2–3 происходит при постоянном давлении p=3p0, поэтому это горизонтальный отрезок от V0 до 2V0.
Процесс 3–4 происходит при постоянном объёме V=2V0, поэтому это вертикальный отрезок вниз от давления 3p0 до p0.
Процесс 4–1 происходит при постоянном давлении p=p0, поэтому это горизонтальный отрезок влево от объёма 2V0 до V0. На p–V-диаграмме цикл имеет вид прямоугольника.
Работа газа на участке 2–3 равна площади под графиком изобары:
A2–3=3p0(2V0−V0)=3p0V0
На участке 4–1 газ сжимается, поэтому работа газа отрицательна, а работа внешних сил положительна. Модуль работы внешних сил равен:
∣Aвнеш,4–1∣=p0(2V0−V0)=p0V0
Искомое отношение работ:
A2–3∣Aвнеш,4–1∣=3p0V0p0V0=3
Пример ответа
Работа газа в процессе 2–3 в 3 раза больше модуля работы внешних сил в процессе 4–1.
Источник: Открытый банк ФИПИ 61D26E
Похожие задания
21В опыте по изучению фотоэффекта катод освещается зелёным светом, в результате чего в цепи возникает ток (рис.…Изменение фототока при фиолетовом свете · 00B1EF21Пластины большого по размерам плоского конденсатора расположены горизонтально на расстоянии d = 2 см друг от…Равновесие капли в конденсаторе · 075D3921К колебательному контуру подсоединили источник тока, на клеммах которого напряжение гармонически меняется с…Зависимость тока от индуктивности · 0A303921На рисунке 1 приведена зависимость внутренней энергии U 1 моль идеального одноатомного газа от его давления р…Переход из координат U–p в p–V · 0A953321Линзу удерживают на расстоянии 3 см от тетрадного листа с клетками, на котором нарисованы направленные в одну…Определение фокусного расстояния линзы · 0B795A21Батарея из четырёх конденсаторов электроёмкостью С1 = 2С, С2 = С, С3 = 4С и С4 = 2С подключена к источнику…Энергия батареи конденсаторов · 0C59AA
Нужен репетитор по физике?
Посмотрите репетиторов, которые ведут занятия в Precettore, или оставьте заявку — подберём сами.
Готовьтесь к ЕГЭ по физике в Precettore
Варианты с автопроверкой, домашние задания от репетитора, онлайн-доска и разбор ошибок — в одном кабинете. Регистрация бесплатная.