Задание 21 ЕГЭ по физике · D76E33
Количество теплоты в процессах
Постоянное количество одноатомного идеального газа участвует в процессе, который изображён на рисунке в переменных U–p, где U – внутренняя энергия газа, p – его давление. Опираясь на законы молекулярной физики и термодинамики, определите, получает ли газ положительное количество теплоты или отдаёт его в процессах 1–2 и 2–3. Ответ поясните.
Развёрнутый ответ: проверяется по критериям ФИПИ.
Решение
Для постоянного количества одноатомного идеального газа внутренняя энергия зависит только от температуры: U=32νRT. Поэтому постоянство U означает постоянство температуры.
U∼T
На участке 1–2 внутренняя энергия постоянна, следовательно, T=const. Давление увеличивается. Из уравнения Менделеева–Клапейрона следует, что объём уменьшается, поэтому газ сжимается и совершает отрицательную работу.
pV=νRT=const,A1−2<0
Так как на участке 1–2 ΔU1−2=0, из первого закона термодинамики получаем отрицательное количество теплоты.
Q1−2=ΔU1−2+A1−2=A1−2<0
На участке 2–3 точки лежат на прямой, проходящей через начало координат, поэтому отношение U/p постоянно. Из уравнения состояния pV=23U следует, что объём постоянен.
V=2U3p=const
При переходе 2–3 внутренняя энергия увеличивается, значит, ΔU2−3>0. При постоянном объёме работа газа равна нулю.
A2−3=0
Следовательно, газ получает положительное количество теплоты на участке 2–3.
Q2−3=ΔU2−3+A2−3=ΔU2−3>0
U∼T
На участке 1–2 внутренняя энергия постоянна, следовательно, T=const. Давление увеличивается. Из уравнения Менделеева–Клапейрона следует, что объём уменьшается, поэтому газ сжимается и совершает отрицательную работу.
pV=νRT=const,A1−2<0
Так как на участке 1–2 ΔU1−2=0, из первого закона термодинамики получаем отрицательное количество теплоты.
Q1−2=ΔU1−2+A1−2=A1−2<0
На участке 2–3 точки лежат на прямой, проходящей через начало координат, поэтому отношение U/p постоянно. Из уравнения состояния pV=23U следует, что объём постоянен.
V=2U3p=const
При переходе 2–3 внутренняя энергия увеличивается, значит, ΔU2−3>0. При постоянном объёме работа газа равна нулю.
A2−3=0
Следовательно, газ получает положительное количество теплоты на участке 2–3.
Q2−3=ΔU2−3+A2−3=ΔU2−3>0
Пример ответа
В процессе 1–2 газ отдаёт тепло: Q1₋2<0. В процессе 2–3 газ получает тепло: Q2₋3>0.
Источник: Открытый банк ФИПИ D76E33
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.