Тема . №24 МКТ. Термодинамика (Расчетная задача высокого уровня сложности)

.01 МКТ

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела №24 мкт. термодинамика (расчетная задача высокого уровня сложности)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#126778

В гладкой, открытой с обоих концов вертикальной трубе, имеющей два разных сечения, находятся два поршня, соединенные стержнем длиной l = 0,5 м  , а между поршнями ν = 0,2 м оль  идеального газа. Площадь сечения верхнего поршня S1 =40 см2  , а нижнего S2 = 190 см2  . Давление газа p= 90 кП а  , давление наружного воздуха p0 = 100 кПа  . На сколько нужно изменить температуру газа между поршнями, чтобы они переместились вниз на Δh = 3 см  ?

PIC

Источники: ЕГЭ 2025. Резерв

Показать ответ и решение

Запишем условия равновесия системы поршни+стержень (внутренние силы реакции стержня по 3 закону Нютона уничтожаются) для начального состояния (до того, как поршни опустились )

⃗F1+ ⃗F01+ M1⃗g+ ⃗F2+ ⃗F02+ M2⃗g = 0,

где

  • ⃗F1,F ⃗2  – начальные силы, с которыми газ внутри действует на поршни S1,S2  соотвественно,
  • ⃗F01, ⃗F02  – силы атмосферного давления, которые действуют на поршни S1,S2  соотвественно ,
  • M ,M
 1   2  – массы поршней S ,S
 1 2  соотвественно ,

Где в общем случае     F
p = S-  .

Проецируя на ось y  (см рисунок) :

PIC

pS1− p0S1 − M1g − pS2− M2g +p0S2 = 0 (1).

Запишем условия равновесия системы поршни+стержень (внутренние силы реакции стержня по 3 закону Нютона уничтожаются) для конечного состояния (после того, как поршни опустились на высоту Δh  )

⃗F′1+ ⃗F01+ M1⃗g+ ⃗F′2+ ⃗F02+ M2⃗g = 0,

где

⃗F′1, ⃗F′2  – силы , с которыми газ внутри действует на поршни S1,S2  соотвественно после перемещения поршней вниз.

Проецируя на ось y  (см рисунок) :

PIC

p′S1− p0S1 − M1g − p′S2 − M2g + p0S2 = 0 (2),

где p′ - давление в сосуде после движения поршней.
Рассматривая разность (1) и (2), получим:

(p′− p)S2 = (p′− p)S1.

Получаем, что это уравнение имеет решение только если

 ′         ′
p − p= 0⇒  p= p.

Тогда в нашем случае имеем изобарный процесс.
Рассмотрим уравнение Менделеева-Клайперона для начального состояния :

PIC

p(h1S1+ h2S2) = νRT1   (3),

где h1,h2  - начальные высоты у области поршней S1,S2  соответственно. Рассмотрим уравнение Менделеева-Клайперона для конечного состояния :

PIC

где

  • h′1 = h1− Δh
  •  ′
h2 = h2+ Δh

p((h1− Δh)S1+ (h2 +Δh )S2) = νRT2   (4),

(4)-(3):

pΔh(S − S )= νRΔT,
     2   1

где ΔT = T2− T1  .

|-------------------------------------------------------|
ΔT = p-⋅Δh-⋅(S2−-S1)= 90-⋅103-Па⋅3⋅10−2-м⋅40⋅10−4 м2 ≈ 24 К
|         ν ⋅R            0,2 моль⋅8,31 --Дж---           |
--------------------------------------моль⋅К-------------
Ответ:

      p⋅Δh-⋅(S2−-S1)-
ΔT =      ν ⋅R     ≈ 24 К

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!