Задание 21

Качественная задача с явно заданной физической моделью · 40 заданий

Задание №21
№21
Постоянное количество одноатомного идеального газа участвует в процессе, который изображён на рисунке в переменных U – p, где U - внутренняя энергия г…
Модель идеального газа в термодинамике
Задание №21
№21
На рисунке показана принципиальная схема электрической цепи, состоящей из источника тока с отличным от нуля внутренним сопротивлением, резистора, ре…
Электрическое сопротивление
Задание №21
№21
Маленький незаряженный шарик, подвешенный на непроводящей нити, помещён над горизонтальной диэлектрической пластиной, равномерно заряженной положитель…
Электрическое поле. Его действие на электрические заряды
Задание №21
№21
На столе установили два незаряженных электрометра и соединили их алюминиевым стержнем с изолирующей ручкой (рис. а). Затем к первому электрометру подн…
Электризация тел и её проявления
Задание №21
№21
Постоянное количество одноатомного идеального газа участвует в процессе, график которого изображён на рисунке в координатах р- ρ, где ρ — давление газ…
Модель идеального газа в термодинамике
Задание №21
№21
В камере, из которой откачан воздух, создали электрическое поле напряжённостью E и магнитное поле индукцией B. Поля однородные, EB. В камеру влетает п…
Электрическое поле. Его действие на электрические заряды
Задание №21
№21
В левой половине незаряженного металлического шара располагается крупная шарообразная полость, заполненная воздухом. Шар находится в воздухе вдали от…
Проводники в электростатическом поле
Задание №21
№21
В нижней половине незаряженного металлического шара располагается крупная шарообразная полость, заполненная воздухом. Шар находится в воздухе вдали от…
Напряжённость электрического поля
Задание №21
№21
Маленький незаряженный шарик, подвешенный на непроводящей нити, помещён над горизонтальной диэлектрической пластиной, равномерно заряженной положитель…
Электрическое поле. Его действие на электрические заряды
Задание №21
№21
Лёгкая нить, привязанная к грузу массой m = 0,3 кг, перекинута через идеальный неподвижный блок. К правому концу нити приложена постоянная сила F. Лев…
Качественная задача
Задание №21
№21
В камере, из которой откачан воздух, создали электрическое поле напряжённостью E и магнитное поле индукцией B. Поля однородные, EB. В камеру влетает п…
Электрическое поле. Его действие на электрические заряды
Задание №21
№21
Постоянное количество одноатомного идеального газа участвует в процессе, график которого изображён на рисунке в координатах р — ρ, где р — давление га…
Модель идеального газа в термодинамике

Задание №21 — Изопроцессы. Графики изопроцессов

В вертикальном цилиндре с гладкими стенками под массивным металлическим поршнем находится идеальный газ. В первоначальном состоянии 1 поршень опирается на жёсткие выступы на внутренней стороне стенок цилиндра (рисунок 1), а газ занимает объём V₀ и находится под давлением p₀, равным внешнему атмосферному. Его температура в этом состоянии равна T₀. Газ медленно нагревают, и он переходит из состояния 1 в состояние 2, в котором давление газа равно 2p₀, а его объём равен 2V₀ (рисунок 2). Количество вещества газа при этом не меняется. Постройте график зависимости объёма газа от его температуры при переходе из состояния 1 в состояние 2. Ответ поясните, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

Ваше решениедо 3 баллов

Запишите решение задачи...

Решение

Решение:
1) Определим температуру T₂ конечного состояния газа. Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона для газа в состояниях 1 и 2:
$\left\{\begin{matrix} p_{0} V_{0} = vRT_{0} \\ 4 p_{0} V_{0} = vRT_{2} \end{matrix}\right.$
$\left\{\begin{matrix} p_{0} V_{0} = vRT_{0} \\ 4 vRT_{0} = vRT_{2} \end{matrix}\right.$
$4 T_{0} = T_{2}$

2) Покажем силы, приложенные к поршню, когда он уже не опирается на выступы на стенках цилиндра. Сила тяжести $m \overset{\rightarrow}{g}$ и сила давления на поршень со стороны атмосферы $\left(\overset{\rightarrow}{F}\right)_{атм}$ постоянны. Поскольку поршень перемещается медленно, сумму приложенных к нему сил считаем равной нулю. Отсюда следует, что сила давления на поршень со стороны газа $\left(\overset{\rightarrow}{F}\right)_{газа}$ тоже постоянна. Значит, её модуль $F_{газа} = pS = const$ t (S – площадь горизонтального сечения поршня) при любом положении поршня выше первоначального. Таким образом, $p = 2 p_{0} = const$ при $V_{0} < V \leq 2 V_{0} ,$ процесс нагревания газа изобарный $\left(\frac{V}{T} = const\right) .$ Определим температуру начала этого процесса T_н:
$\left\{\begin{matrix} p_{0} V_{0} = vRT_{0} \\ 2 p_{0} V_{0} = vRT_{н} \end{matrix}\right.$
$\left\{\begin{matrix} p_{0} V_{0} = vRT_{0} \\ 2 vRT_{0} = vRT_{н} \end{matrix}\right.$
$2 T_{0} = T_{н}$

3) На отрезке температур $T_{0} \leq T \leq 2 T_{0}$ процесс нагревания газа изохорный $\left(V = V_{0}\right) ,$ давление газа с ростом его температуры при нагревании увеличивается от p₀ до 2p₀.

График, изображающий зависимости из п. (а) и (б), представляет собой ломаную линию:

Ответ: a) при $T_{0} \leq T \leq 2 T_{0}$ $V = V_{0} = const ;$ б) при $2 T_{0} \leq T \leq 4 T_{0}$ объём газа меняется от V₀ до 2V₀ по закону $\frac{V}{T} = const .$

Источник: ФИПИ