.02 Термодинамика
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В вертикально расположенной, открытой с одного конца в атмосферу трубке лёгкий теплонепроницаемый поршень отделяет гелий
He от жидкости, налитой поверх поршня (см. рисунок). Объёмы, занятые в трубке гелием, жидкостью и атмосферным воздухом,
равны соответственно 
, 
, 
. Атмосферное давление 
Па, 
л. Добавочное давление, создаваемое
столбом жидкости, первоначально налитой в трубку, равно 
. Гелий медленно нагревают, и поршень, медленно двигаясь,
вытесняет всю жидкость из трубки. Какое количество теплоты получил гелий к моменту, когда вся жидкость вытекла из трубки?
Трением поршня о трубку пренебречь.
Запишем первое начало термодинамики
где 
– количество подведенного тепла, 
– изменение внутренней энергии, 
– работа газа.
Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона:
где 
– давление газа, 
– его объем, 
– количество вещества, 
– температура газа.
Изменение внутренней энергии
где 
– конечная температура газа, 
– начальная температура газа.
Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона для начального и конечного положений:
Тогда изменение внутренней энергии
Работа, совершенная гелием, равна сумме работы 
против силы тяжести воды и работы 
против внешнего атмосферного
давления. Найдем сначала работу 
. Работа силы равна
где 
– сила, 
– перемещение, 
– угол между силой и перемещением.
В данном случае 
. Подъём воды на высоту 
сравним с подъёмом груза на эту же высоту, значит, работа по подъёму
равна
Далее вода при подъёме начинает выливаться, то есть чем выше ты поднимаешь воду, тем меньше слоёв воды остается и тем
легче поднимать. Можно заменить подъём воды на подъём центра масс воды. В данном случае центр масс находится на глубине
от верхней части стакана. Тогда работа в этом случае
Тогда работа газа против силы тяжести воды
Первоначально давление столба жидкости равно 
, тогда
Значит
Работа против сил внешнего давления равна
Тогда общая работа
Тогда искомое количество теплоты
| 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: первый закон термодинамики, уравнение Менделеева-Клапейрона, формула изменения внутренней энергии одноатомного идеального газа, формула работы силы, формула связи силы и давления); | |
| 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
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!
