Задание 21 ЕГЭ по физике · E1E2F6
Работа газа в цикле
Один моль разреженного гелия участвует в циклическом процессе 1–2–3–1, график которого изображён на рисунке в координатах V–T, где V – объём газа, Т – абсолютная температура газа. Опираясь на законы молекулярной физики и термодинамики, сравните работу газа в процессе 2–3 и работу внешних сил в процессе 3–1. Постройте график цикла в координатах p–V, где р – давление газа, V – объём газа.
Развёрнутый ответ: проверяется по критериям ФИПИ.
Решение
На участке 2–3 объём газа постоянен: V=3V0. Следовательно, газ не совершает механической работы.
A2–3=∫p dV=0
Участок 3–1 на диаграмме V–T является прямой, проходящей через начало координат. Поэтому V/T=const, а для одного моля идеального газа p=RT/V постоянно. Процесс 3–1 является изобарным сжатием.
Внешние силы совершают положительную работу при сжатии газа. Объём уменьшается от 3V0 до V0, поэтому модуль работы внешних сил равен площади под участком на диаграмме p–V.
Aвнеш,3–1=p(3V0−V0)=2pV0
Для состояния 1 давление равно p=RT0/V0, так как количество вещества равно одному молю. Поэтому работа внешних сил положительна и равна 2RT0.
Для построения диаграммы p–V используем координаты состояний: точка 1 имеет координаты (V0,p0), точка 2 — (3V0,p0), точка 3 — (3V0,p0/3), где p0=RT0/V0. Участок 1–2 — горизонтальный, 2–3 — вертикальный, 3–1 — горизонтальный.
A2–3=∫p dV=0
Участок 3–1 на диаграмме V–T является прямой, проходящей через начало координат. Поэтому V/T=const, а для одного моля идеального газа p=RT/V постоянно. Процесс 3–1 является изобарным сжатием.
Внешние силы совершают положительную работу при сжатии газа. Объём уменьшается от 3V0 до V0, поэтому модуль работы внешних сил равен площади под участком на диаграмме p–V.
Aвнеш,3–1=p(3V0−V0)=2pV0
Для состояния 1 давление равно p=RT0/V0, так как количество вещества равно одному молю. Поэтому работа внешних сил положительна и равна 2RT0.
Для построения диаграммы p–V используем координаты состояний: точка 1 имеет координаты (V0,p0), точка 2 — (3V0,p0), точка 3 — (3V0,p0/3), где p0=RT0/V0. Участок 1–2 — горизонтальный, 2–3 — вертикальный, 3–1 — горизонтальный.
Пример ответа
Работа газа на участке 2–3 равна нулю, а работа внешних сил на участке 3–1 положительна и равна 2p0V0=2RT0, поэтому A_(внеш,3–1)>A_(2–3). На диаграмме p–V: 1(V0,p0) → 2(3V0,p0) — изобарное расширение, 2 → 3 — изохорное понижение давления до p0/3, 3(3V0,p0/3) → 1(V0,p0) — изобарное сжатие.
Источник: Открытый банк ФИПИ E1E2F6
Похожие задания
21Один моль гелия участвует в циклическом процессе 1–2–3–4–1, график которого изображён на рисунке в…Работа газа в цикле · 2272AF21Один моль гелия участвует в циклическом процессе 1–2–3–4–1, график которого изображён на рисунке в…Работа газа в цикле · B4511B21В 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 · 0A9533
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.