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

.05 Задания СтатГрада

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#120640

Вертикальный цилиндр объёмом V0 = 20  л, заполненный воздухом с температурой T = 20  °C при атмосферном давлении pA = 105  Па, закрыли сверху поршнем массой m = 12  кг и площадью S = 300  см2, который может перемещаться по вертикали без трения. После того, как в системе установилось равновесие при той же постоянной температуре, в дне цилиндра образовалась течь. Через неё воздух начал медленно выходить наружу, в атмосферу, со скоростью потери количества вещества ν  в цилиндре, пропорциональной разности давлений (p− pA )  в цилиндре и в окружающей атмосфере и равной Δ-ν
 Δt = α(p − pA)  , где коэффициент пропорциональности          −8
α = 4,3 ⋅10  моль/(Па·с). Процесс вытекания газа можно считать изотермическим, происходящим при той же температуре T = 20  °C. Через какое время t  из цилиндра выйдет весь воздух?

Источники: Статград 09.12.2022 Физика 2

Показать ответ и решение

Поскольку процесс медленный, то можно считать, что в каждый момент времени для поршня выполняется условие равновесия поступательного движения, то есть

                      mg
mg =(p− pA)S ⇒ p− pA =-S- =const,

где m  - масса поршня.
Следовательно, скорость потерь количества вещества в цилиндре постоянно

Δν-= α(p− p )= αmg-= const.
Δt         A     S

За малый промежуток времени число молей, покидающих сосуд, равно

      mg
Δ ν = α-S-Δt.

Поскольку молекулы будут вытекать до того момента, пока все не покинут сосуд, то конечное количество вещества в сосуде ν(t)= 0  .
За все время t  из цилиндра вытечет

ν0− ν(t)= αmg-t,
           S

где ν0  - начальное количество вещества.
Запишем уравнение Менделеева-Клайперона

pV = νRT.

Рассмотрим уравнение Менделеева-Клайперона для начального состояния

p V = νRT  =α mgtRT,
A  0   0      S

    pAV0S
t= αRT-mg.

               5      −3       −4
t= -pAV0S-= -10-⋅20−⋅810--⋅300⋅10----≈ 4775,7 c.
   αRT mg   4,3⋅10  ⋅8,31 ⋅293 ⋅12 ⋅10
Ответ:

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!