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

.02 Термодинамика

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#54755

На диаграмме зависимости давления P  газа от температуры T  для гелия в количестве ν = 3∕2  моль показано, что сначала газ нагревался в изобарном процессе 1-2, а затем охлаждался в процессе 2-3 прямо пропорциональной зависимости давления от температуры. Температуры газа в состояниях 1, 2 и 3: T1 = 150 К  , T2 = 3T1  , T3 = 2T1  . Отношение давлений в состояниях 1 и 3 равно 3/2.
1) Найти работу газа в процессе 1-2-3.
2) Найти отношение количества теплоты, подведённого к газу в процессе 1-2, к количеству теплоты, отведённому от газа в процессе 2-3.

PIC

Источники: Физтех 2017 | Физтех 2010

Показать ответ и решение

1) Процесс 1-2 – изобарический, работа газа в процессе:

A12 = p(V2− V1)= pV2− pV1.

Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона:

pV = νRT,

где p  – давление газа, V  – его объем, ν  – количество вещества, T  – температура газа.
Тогда:

A12 = νRT2 − νRT1 = νR ⋅3T1− νRT1 = 2νRT1 =2 ⋅3∕2 моль⋅8,31 Дж/ (м оль⋅ К )⋅150 К ≈ 3740 Дж

При этом в процессе 2-3 выполняется равенство p= αT  , где α  – некоторый постоянный коэффициент.
Из уравнения Менделеева-Клапейрона:

pV-= νR = const⇒  αT-⋅V-= const⇒  αV =const⇒ V = const,
 T                 T

то есть в процессе 2-3 объём постоянен, значит, газ не совершает работу.
2) Запишем первое начало термодинамики:

Q= ΔU  +A,

где Q  – количество подведенного тепла, ΔU  – изменение внутренней энергии.
Изменение внутренней энергии:

     3
ΔU = 2νR(Tk − Tн),

где Tk  – конечная температура газа, Tн  – начальная температура газа.
Для процесса 1-2:

Q12 = 3νR(T2− T1)+ νR(T2− T1)= 5νR(T2− T1)= 5νRT1.
      2                        2

Для процесса 2-3:

Q23 = 3νR(T3− T2)= − 3νRT1
      2             2

Тогда искомое соотношение:

-Q12 = --5νRT1---= 10.
|Q23|   |− 3∕2νRT1|  3
Ответ:
Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Приведено полное решение, включающее следующие элементы:

3

I) записаны положения теории и физические законы,

закономерности, применение которых необходимо для решения

задачи выбранным способом (в данном случае: формула работы газа в изобарном процессе, уравнение Менделеева-Клапейрона, первый закон термодинамики, формула изменения внутренней энергии одноатомного идеального газа);

II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения

физических величин (за исключением обозначений констант,

указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии

задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при

написании физических законов);

III) представлены необходимые математические преобразования и

расчёты, приводящие к правильному числовому ответу

(допускается решение «по частям» с промежуточными

вычислениями);

IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения

искомой величины

Правильно записаны все необходимые положения теории,

2

физические законы, закономерности, и проведены необходимые

преобразования, но имеется один или несколько из следующих

недостатков

Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном

объёме или отсутствуют.

И (ИЛИ)

В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно,

неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены

в скобки, рамку и т.п.).

И (ИЛИ)

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях

допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не

доведены до конца.

И (ИЛИ)

Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка

Представлены записи, соответствующие одному из следующих

1

случаев.

Представлены только положения и формулы, выражающие

физические законы, применение которых необходимо для решения

задачи, без каких-либо преобразований с их использованием,

направленных на решение задачи, и ответа.

ИЛИ

В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая

для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения),

но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися

формулами, направленные на решение задачи.

ИЛИ

В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи

(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена

ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с

имеющимися формулами, направленные на решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным

0

критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл

3

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!