Задание №12 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Разберём изменение каждой физической величины по порядку, опираясь на законы термодинамики и молекулярно-кинетической теории.

1. Плотность газа.
Плотность вещества определяется формулой: $\rho = \frac{m}{V}$, где $m$ — масса газа, а $V$ — его объём.
По условию задачи газ находится в сосуде с подвижным поршнем и его сжимают. Сжатие означает, что объём газа $V$ уменьшается. Поскольку масса газа $m$ в закрытом сосуде остаётся неизменной, то при уменьшении знаменателя дроби (объёма) значение самой дроби (плотности) увеличивается.
Следовательно, плотность газа увеличилась (1).

2. Внутренняя энергия газа.
Согласно первому закону термодинамики: $\Delta U = Q + A$, где $\Delta U$ — изменение внутренней энергии, $Q$ — количество теплоты, переданное газу, $A$ — работа, совершённая над газом внешними силами.
В условии сказано, что процесс происходит «в отсутствие теплопередачи». Это означает, что процесс адиабатный, и $Q = 0$.
При сжатии газа внешние силы совершают над ним положительную работу ($A > 0$). Таким образом, $\Delta U = A$. Так как работа положительна, изменение внутренней энергии $\Delta U > 0$, что означает рост внутренней энергии газа. С микроскопической точки зрения при сжатии поршень передаёт молекулам газа дополнительную кинетическую энергию при соударениях, что ведёт к росту температуры и внутренней энергии.
Следовательно, внутренняя энергия газа увеличилась (1).

Таким образом, для обеих величин характер изменения соответствует цифре 1.

Ответ: 11

Источник: ФИПИ