Задание 24 ЕГЭ по физике · AE2D32
Количество теплоты при нагревании газа
В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Первоначальное давление газа p1 = 4·105 Па. Расстояние от дна сосуда до поршня L = 30 см. Площадь поперечного сечения поршня S = 25 см2. В результате медленного нагревания газа поршень некоторое время покоился, а затем медленно сдвинулся на расстояние x = 10 см. При движении поршня на него со стороны стенок сосуда действует сила трения величиной Fтр = 3·103 Н. Какое количество теплоты получил газ в этом процессе? Считать, что сосуд находится в вакууме.
Развёрнутый ответ: проверяется по критериям ФИПИ.
Решение
Переведём величины в единицы СИ: S=25⋅10−4 м2=2,5⋅10−3 м2, L=0,30 м, x=0,10 м.
До начала движения поршень неподвижен, поэтому объём газа постоянен. При движении поршня давление газа уравновешивает силу трения: p2S=Fтр.
Давление газа во время движения равно p2=FтрS=3⋅1032,5⋅10−3=1,2⋅106 Па.
Начальный и конечный объёмы газа: V1=SL=2,5⋅10−3⋅0,30=7,5⋅10−4 м3; V2=S(L+x)=2,5⋅10−3⋅0,40=1,0⋅10−3 м3.
Для одноатомного идеального газа изменение внутренней энергии равно ΔU=32(p2V2−p1V1)=32(1,2⋅106⋅10−3−4⋅105⋅7,5⋅10−4)=1350 Дж.
Работа газа совершается только при движении поршня и равна работе против силы трения: A=Fтрx=3⋅103⋅0,10=300 Дж.
По первому закону термодинамики количество теплоты равно Q=ΔU+A=1350+300=1650 Дж.
До начала движения поршень неподвижен, поэтому объём газа постоянен. При движении поршня давление газа уравновешивает силу трения: p2S=Fтр.
Давление газа во время движения равно p2=FтрS=3⋅1032,5⋅10−3=1,2⋅106 Па.
Начальный и конечный объёмы газа: V1=SL=2,5⋅10−3⋅0,30=7,5⋅10−4 м3; V2=S(L+x)=2,5⋅10−3⋅0,40=1,0⋅10−3 м3.
Для одноатомного идеального газа изменение внутренней энергии равно ΔU=32(p2V2−p1V1)=32(1,2⋅106⋅10−3−4⋅105⋅7,5⋅10−4)=1350 Дж.
Работа газа совершается только при движении поршня и равна работе против силы трения: A=Fтрx=3⋅103⋅0,10=300 Дж.
По первому закону термодинамики количество теплоты равно Q=ΔU+A=1350+300=1650 Дж.
Пример ответа
Q = 1,65 · 103 Дж
Источник: Открытый банк ФИПИ AE2D32
Похожие задания
24Идеальный одноатомный газ в количестве 1 моль сначала изотермически расширился (Т1 = 300 К). Затем газ…Количество теплоты при нагревании газа · 2B6BC224Идеальный одноатомный газ в количестве 1 моль сначала изотермически сжали, а затем изохорно нагрели, повысив…Количество теплоты при нагревании газа · 30CF4D24Три одинаковых сосуда, содержащих разреженный газ, соединены друг с другом трубками малого диаметра: первый…Изменение количества газа · 003B5124Закрытый сверху вертикальный цилиндрический сосуд, заполненный воздухом, разделён тяжёлым поршнем, способным…Количество удалённого воздуха · 05A6DD24В запаянной с одного конца трубке находится влажный воздух, отделённый от атмосферы столбиком ртути длиной l…Тепловой баланс и тепловое равновесие · 060CB224Два одинаковых теплоизолированных сосуда соединены короткой трубкой с краном. В первом сосуде находится ν1 =2…Равновесие двух газов · 075E84
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.