Расчётная задача по молекулярной физике или электродинамике · 56 заданий
- Задание №23№23
По двум горизонтальным параллельным проводящим рельсам с пренебрежимо малым сопротивлением, замкнутым на последовательно соединённые резистор с сопрот…
Закон Ома для участка цепи
- Задание №23№23
В стакан калориметра, содержащий 250 г воды, опустили кусок льда массой 140 г, имевшего температуру 0°С. После того как наступило тепловое равновеси…
Уравнение теплового баланса
- Задание №23№23
На металл падает поток фотонов с длиной волны в 3 раза меньше «красной границы» фотоэффекта. Во сколько раз уменьшится максимальная кинетическая энерг…
Расчётная задача: МКТ/электродинамика
- Задание №23№23
Кусок льда опустили в термос, содержащий воду при температуре 50°С. Начальная температура льда 0°С. При переходе к тепловому равновесию часть льда мас…
Уравнение теплового баланса
- Задание №23№23
Пластины большого по размерам плоского конденсатора расположены горизонтально на расстоянии d = 2 см друг от друга. Напряжение на пластинах конденсато…
Потенциальность электростатического поля
- Задание №23№23
В тонкой рассеивающей линзе получено уменьшенное в 4 раза изображение предмета. Определите модуль фокусного расстояния линзы, если изображение предмет…
Формула тонкой линзы
- Задание №23№23
В калориметре находятся в тепловом равновесии 50 г воды и 5 г льда. Какой должна быть минимальная удельная теплоёмкость материала болта, имеющего масс…
Изменение агрегатных состояний вещества: плавление и…
- Задание №23№23
На дифракционную решётку, имеющую 500 штрихов на 1 мм, перпендикулярно её поверхности падает узкий луч монохроматического света частотой 5 · 10¹⁴ Гц.…
Дифракция света
- Задание №23№23
На дифракционную решётку, имеющую 300 штрихов на 1 мм, перпендикулярно её поверхности падает узкий луч монохроматического света частотой 5,6 · 10¹⁴ Гц…
Дифракция света
- Задание №23№23
На металл падает поток фотонов с частотой в 3,5 раза больше «красной границы» фотоэффекта. Во сколько раз увеличится максимальная кинетическая энергия…
Расчётная задача: МКТ/электродинамика
- Задание №23№23
В калориметре находятся в тепловом равновесии 50 г воды и 5 г льда. Какой должна быть минимальная масса болта, имеющего температуру 339 К, чтобы после…
Уравнение теплового баланса
- Задание №23№23
Пластины большого по размерам плоского конденсатора расположены горизонтально на расстоянии d = 2 см друг от друга. Напряжение на пластинах конденсато…
Потенциальность электростатического поля
На рисунке изображён процесс, происходящий с 1 моль гелия. Минимальное давление газа р1 = 450 кПа, минимальный объём V1 = 30 л, а максимальный V2 = 10 л. Какую работу совершают внешние силы над гелием при переходе из состояния 1 в состояние 2?
Решение
Решение:
Обозначения. Согласно рисунку состоянию 1 отвечают давление p1=450 кПа=4,5⋅105 Па и объём V1=30 л=3⋅10−2 м3, а состоянию 2 — объём V2=10 л=10−2 м3 и давление p2; Aг — работа газа, Aвн — искомая работа внешних сил над газом.
Используемые законы. На рисунке процесс — отрезок прямой, продолжение которого (штриховая линия) проходит через начало координат, то есть давление прямо пропорционально объёму:
V1p1=V2p2⇒p2=p1V1V2.
Работа газа численно равна площади под графиком в координатах p–V, взятой со знаком «плюс» при расширении и со знаком «минус» при сжатии:
Aг=2p1+p2(V2−V1).
Работа внешних сил над газом равна работе газа, взятой с противоположным знаком (силы давления газа на поршень и поршня на газ равны по модулю и противоположны по направлению):
Aвн=−Aг.
Преобразования.
Aвн=2p1+p2(V1−V2)=2p1(1+V1V2)(V1−V2)=2V1p1(V12−V22).
Расчёт. p2=450 кПа⋅3010=150 кПа, тогда
Aвн=2(4,5⋅105+1,5⋅105) Па⋅(3⋅10−2−10−2) м3=3⋅105⋅2⋅10−2=6⋅103 Дж=6 кДж.
Проверка. Объём газа уменьшается, газ сжимают, поэтому работа газа отрицательна (Aг=−6 кДж), а работа внешних сил положительна — знак ответа согласован с характером процесса.
Ответ: Aвн=6 кДж (6000 Дж).