Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В закрытом сосуде объёмом л находится сухой воздух при давлении Па и температуре . В сосуд
помещают кусок льда массой г и нагревают сосуд до температуры . Определите давление влажного воздуха ,
если давление насыщенного пара при этой температуре кПа. Молярная масса воды г/моль. Универсальная
газовая постоянная Дж/(мольK).
(«Покори Воробьёвы горы!», 2014, 10–11)
При нагревании сухого воздуха процесс изохорный, тогда по закону Шарля:
где – конечное давление воздуха, и – температура воздуха в Кельвинах.
По закону Дальтона давление влажного воздуха в сосуде равно сумме парциальных давлений:
где – давление водяного пара.
Найдем, испарится ли вся вода или нет. Определим, какое давление будут оказывать водяные пары, если вся вода испарится, для
этого воспользуемся уравнением Клапейрона-Менделеева:
Подставим числовые значения из условия:
Относительная влажность равна:
Так как давление водяного пара меньше давления насыщенного пара, то относительная влажность меньше 100% и
предположение о том, что вся вода испарится верно.
Вернемся к закону Дальтона и найдем искомое давление:
Критерии проверки
3 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение включающее следующие элементы:
I) Записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: уравнение Менделеева – Клапейрона, формула для относительной влажности воздуха через давления водяного пара, закон Дальтона. Для решения задачи можно использовать закон Шарля, для описания изменения состояний сухого воздуха (можно решать через уравнение Менделеева-Клапейрона))
II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов.
III) Проведены 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.
2 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые
преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:
Записи, соответствующие одному или обоим пунктам: II и III, – представлены не в полном объёме или отсутствуют.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ правильном 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)
При ПОЛНОМ решении в необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не доведены до конца.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ решении отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательны единицы измерений)
1 балл ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.
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 данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В герметично закрытом сосуде объёмом находится влажный воздух с относительной влажностью при температуре . Давление в сосуде кПа. Найдите массу влажного воздуха. Молярная масса сухого воздуха г/моль, молярная масса водяного пара г/моль, атмосферное давление кПа.
По закону Дальтона давление влажного воздуха в сосуде равно сумме парциальных давлений:
где – давление воздуха, – давление водяного пара.
Давление пара можно выразить из формулы относительной влажности:
где кПа – давление насыщенных паров при температуре C
Так как , то давление сухого воздуха равно:
И давление водяных паров:
Для воздуха и водяного пара справедливо уравнение Менделеева-Клапейрона:
где – давление газа, – молярная масса газа, – температура в Кельвинах.
Искомая масса равна:
где – масса водяных паров, – масса сухого воздуха.
С учётом уравнения Менделеева-Клапейрона:
Критерии проверки
3 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение включающее следующие элементы:
I) Записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: закон Дальтона, формула относительной влажности воздуха, уравнение Менделеева-Клапейрона, связь между температурой и давлением водяного пара)
II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов.
III) Проведены 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.
2 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые
преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:
Записи, соответствующие одному или обоим пунктам: II и III, – представлены не в полном объёме или отсутствуют.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ правильном 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)
При ПОЛНОМ решении в необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не доведены до конца.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ решении отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательны единицы измерений)
1 балл ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.
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 данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
На электроплитке мощностью кВт кипит чайник с водой. Вычислите скорость истечения пара из его носика, если площадь сечения носика см давление на выходе из носика равно нормальному атмосферному Па, все количество теплоты, выделяемое плиткой, передается воде без потерь. Ответ дайте в м/с и округлите до десятых
Плитка генерирует количество теплоты:
где – время работы плитки.
Эту всю теплоту получает вода в чайнике:
где – удельная теплота парообразования воды, – масса испарившейся воды.
Тогда
Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона:
где – давление, – объём носика, – масса пара, – молярная масса воды, – температура
газа.
Отсюда
При этом движение пара можно назвать равномерным:
Тогда
Критерии проверки
3 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение включающее следующие элементы:
I) Записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: записана формула связи количества теплоты с мощностью. Записана формула расчета количества теплоты, требуемого для парообразования воды. Расписано равенство теплот. Записано уравнение Менделеева-Клапейрона. Использованы формулы кинематики для описания движения пара)
II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов.
III) Проведены 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.
2 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые
преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:
Записи, соответствующие одному или обоим пунктам: II и III, – представлены не в полном объёме или отсутствуют.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ правильном 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)
При ПОЛНОМ решении в необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не доведены до конца.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ решении отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательны единицы измерений)
1 балл ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.
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 данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Один моль азота находится в сосуде объемом л под давлением Па. Газ откачивают, поддерживая температуру сосуда (со всем содержимым) неизменной. Какую массу газа придется откачать к тому моменту, когда давление в сосуде упадет вдвое? Никаких других газов, кроме азота в сосуде нет. Дан ряд табличных параметров азота (не все они понадобятся для решения): молярная масса г/моль, температура кипения при атмосферном давлении , удельная теплота испарения кДж/моль, температура плавления Универсальная газовая постоянная .
В сосуде первоначально находится
Пусть весь азот в сосуде газообразный, тогда по уравнению Менделеева-Клапейрона температура азота равна:
Изобразим фазовую диаграмму состояний
Тогда азот не сможет создать давление Па. При этом масса азота мала, чтобы он занимал весь объём в жидком или
твердом состоянии, значит, в сосуде газ с другой фазой синяя линия на рисунке.
При этом при изотермической откачке азот будет испаряться до тех пор, пока не испарится весь и газ перестанет быть насыщенным, а затем уже начнёт падать давление до искомого значения. При этом конечное значение массы можно найти из уравнения Менделеева-Клапейрона:
Тогда искомая величина:
Критерии проверки
3 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение включающее следующие элементы:
I) Записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: записано уравнение Менделеева-Клапейрона)
II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов.
III) Проведены 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.
2 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые
преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:
Записи, соответствующие одному или обоим пунктам: II и III, – представлены не в полном объёме или отсутствуют.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ правильном 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)
При ПОЛНОМ решении в необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не доведены до конца.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ решении отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательны единицы измерений)
1 балл ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.
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 данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Подвижный поршень делит объем горизонтально расположенного сосуда на два отсека с общим объемом л. В первый отсек
ввели моль воды, а во второй ввели моль азота. Можно считать, что объем введенной воды намного меньше . В
отсеках установилась температура К. Сосуд вместе с содержимым прогревают до температуры К.
Давление насыщенного пара воды при температуре К равно Па. Плотность воды г/см
1. Найти давление в сосуде до прогревания.
2. Найти объем первого отсека до прогревания.
3. Найти давление в сосуде после прогревания.
1) Давление водяного пара удовлетворяет неравенству:
Найдем давление азота при по уравнению Менделеева-Клапейрона:
где – объём, занимаемый азотом.
При этом давление азота удовлетворяет неравенству (представим, что азот занимает весь объём сосуда):
То есть минимальное давление азота больше, чем максимальное давление водяного пара, значит, азот будет занимать полное
пространство сосуда.
2) В первом отсеке будет только вода массой г, где – молярная масса воды. При этом объём
воды равен:
3) Предположим, что вся вода испарилась. При этом давления азота и пара должны быть равны (так как поршень находится в равновесии). Тогда по уравнению Менделеева-Клапейрона:
где и – объёмы, занимаемые паром и азотом.
Просуммируем:
так как , то
так как давление насыщенного пара при К равно , то пар ненасыщенный и вода испарилась полностью, наше предположение верно.
Критерии проверки
3 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение включающее следующие элементы:
I) Записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: записано уравнение Менделеева-Клапейрона. Сказано, что при равновесии поршня, давление в обеих частях сосуда равны. Сказано, что при температуре 373 К давление насыщенных паров воды равно Па. )
II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов.
III) Проведены 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.
2 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые
преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:
Записи, соответствующие одному или обоим пунктам: II и III, – представлены не в полном объёме или отсутствуют.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ правильном 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)
При ПОЛНОМ решении в необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не доведены до конца.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ решении отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательны единицы измерений)
1 балл ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.
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 данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Горизонтально расположенный цилиндр разделен подвижным поршнем массой кг на две равные части объемом л каждая. С одной стороны от поршня находится насыщенный водяной пар при температуре C, с другой – воздух при той же температуре. Цилиндр поставили вертикально так, что снизу оказался пар. На какое расстояние опустится поршень, если температуру в обеих частях цилиндра поддерживают неизменной? Площадь основания цилиндра м , давление насыщенного пара при температуре C равно Па. Ускорение свободного падения принять м/с
Когда цилиндр расположен горизонтально, давление воздуха равно давлению насыщенного водяного пара . Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона для воздуха:
где – количество воздуха.
Откуда количество молей воздуха
При повороте цилиндра давление водяного пара осталось прежним (часть пара сконденсировалась), а давление воздуха уменьшилась, так как на водяной пар дополнительно начал давить поршень. Расставим силы, действующие на поршень
Здесь – давление газа.
Запишем второй закон Ньютона для поршня:
где – сила давления газа, – сила давления пара, – ускорение поршня.
Так как поршень покоится, то . Спроецируем второй закон Ньютона на вертикальную ось:
То есть давление газа уменьшилось. При перемещении поршня на расстояние объем воздуха увеличился на , при этом по условию температура постоянна, значит, уравнение Менделеева-Клапейрона примет вид:
Отсюда
Проанализируем это выражение. Поршень может опуститься до дна, то есть на величину . При этом мы пренебрегаем объемом образовавшейся из пара воды, который, как показывает расчет, оказывается очень малым. Тогда выражение имеет смысл при:
Отсюда
Ответ к задаче следует сформулировать следующим образом: при ; при . мм.
Критерии проверки
3 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение включающее следующие элементы:
I) Записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: записано уравнение Менделеева-Клапейрона. Записан второй закон Ньютона, либо условие равновесия поршня).)
II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов.
III) Проведены 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.
2 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые
преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:
Записи, соответствующие одному или обоим пунктам: II и III, – представлены не в полном объёме или отсутствуют.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ правильном 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)
При ПОЛНОМ решении в необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не доведены до конца.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ решении отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательны единицы измерений)
1 балл ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.
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 данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Идеальный одноатомный газ совершает в тепловом двигателе цикл 1-2-3-1 , в котором давление газа изменяется с изменением его плотности так, как показано на рисунке, причем график процесса 1-2 представляет собой участок гиперболы, описываемой уравнением . Определите КПД цикла . Ответ приведите в процентах, округлив до одного знака после запятой.
Так как плотность связана с объёмом формулой:
также по условию газ имеет постоянную массу . То есть объём равен:
По условию:
Отсюда
и
Тогда зависимость давления от плотности:
С учётом получим зависимость давления от объёма:
где – объём газа в состояниях 1 и 3.
График изображён на рисунке:
Работа газа за цикл равна площади треугольника и равна:
Газ получает тепло на участке 2-3 и 3-1, так как 2-3 изохорный процесс увеличением давления, а 3-1 изобарный с увеличением объёма. Тогда количество теплоты, полученное газом, равно:
По первому началу термодинамики найдем
где – изменение внутренней энергии, – работа газа, – количество вещества, –
температура.
Работа газа равна нулю, так как объём постоянен. Также запишем уравнение Менделеева-Клапейрона для состояний 2 и
3:
Тогда
Также найдём .
Так как процесс изобарный, то
Аналогично запишем уравнение Менделеева-Клапейрона для состояний 1 и 3:
Тогда
Тогда
Искомое КПД равно:
Критерии проверки
3 балла ставится если:
_________________________________________________________________________________________________________________
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, формулы для КПД и внутренней энергии одноатомного идеального
газа, работа газа на участках найдена как площадь по графику процесса в координатах
)
II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов. (введены обозначения для всех величин, которых нет в КИМах)
III) Представлены математические образования, приводящие к верному ответу (в данном случае последовательное выражение величин с пояснением действий).
IV) Получен верный ответ.
2 балла ставится если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые
преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:
I) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение, которые не отделены от решения и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
II) В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги. (Получение конечной формулы сразу, без последовательного, логического вывода. Пропуск преобразований в формулах.)
И (ИЛИ)
III) Отсутствуют описания вновь вводимых в решение буквенных обозначений физических величин.
И (ИЛИ)
IV) Ответ получен неверный или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательно указываются единицы измерений.)
1 балл ставится если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.
ИЛИ
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решении 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 данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Идеальный одноатомный газ совершает в тепловом двигателе цикл 1-2-3-4-1, в котором давление газа изменяется с изменением его плотности так, как показано на рисунке, причём графики процессов 2-3 и 4-1 представляют собой участки гипербол. Определите коэффициент полезного действия (КПД) цикла . Ответ приведите в процентах, округлив до одного знака после запятой.
ДВИ МГУ 2018
Так как плотность связана с объёмом формулой:
также по условию газ имеет постоянную массу . То есть объём равен:
По условию на участках 2-3 и 4-1 давление зависит от плотности по гиперболы:
где – некоторый постоянных коэффициент.
Для процесса 2-3
находим, что
где – объем газа в состояниях 1 и 2.
Рассуждая аналогично, находим, что на участке 4-1 давление зависит от объема по закону
Таким образом, -диаграмма цикла имеет вид, изображенный на рисунке.
Работу газа за один цикл, численно равную площади фигуры 1-2-3-4, удобно рассчитать по формуле
Газ получает теплоту на участке 4-1 (и давление и объём увеличиваются) и отдает теплоту на участках 1-2, 2-3 и 3-4. Следовательно, полученное от нагревателя количество теплоты:
где – изменение внутренней энергии, – работа газа.
Учитывая, что согласно уравнению Менделеева–Клапейрона
находим, что
КПД цикла
Критерии проверки
3 балла ставится если:
_________________________________________________________________________________________________________________
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, формулы для КПД и внутренней энергии одноатомного идеального
газа, работа газа на участках найдена как площадь по графику процесса в координатах
)
II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов. (введены обозначения для всех величин, которых нет в КИМах)
III) Представлены математические образования, приводящие к верному ответу (в данном случае последовательное выражение величин с пояснением действий).
IV) Получен верный ответ.
2 балла ставится если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые
преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:
I) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение, которые не отделены от решения и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
II) В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги. (Получение конечной формулы сразу, без последовательного, логического вывода. Пропуск преобразований в формулах.)
И (ИЛИ)
III) Отсутствуют описания вновь вводимых в решение буквенных обозначений физических величин.
И (ИЛИ)
IV) Ответ получен неверный или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательно указываются единицы измерений.)
1 балл ставится если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.
ИЛИ
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решении 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 данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Над идеальным одноатомным газом проводится циклический процесс, состоящий из двух участков 1-2, 3-4, на которых давление пропорционально объему, и двух адиабат 2-3, 4—1 (рис.). Известно, что изменение температуры газа на участке 1 - 2 равно =20К, а модуль изменения температуры на участке 3-4 равен =15К. Найдите коэффициент полезного действия цикла .
ДВИ МГУ 2018
Газ получает теплоту от нагревателя на участке 1-2 и отдает теплоту холодильнику на участке 3-4. КПД цикла по определению равен
где работа, совершаемая газом за цикл.
Поскольку изменение внутренней энергии газа в циклическом процессе равно нулю, из первого закона термодинамики следует, что
работа газа равна алгебраической сумме количеств теплоты, которыми газ обменивается с окружающими телами. Таким
образом,
где – изменение внутренней энергии газа в процессе 1-2, – работа газа в процессе 1-2.
Изменение внутренней энергии равно:
где – цоличества вещества, – температура. В нашем случае , следовательно, работу газа можно найти как площадь трапеции под процессом 1-2:
С учетом ,
или с учетом Менделеева-Клапейрона
Аналогично для процесса 3-4
Тогда КПД
Критерии проверки
3 балла ставится если:
_________________________________________________________________________________________________________________
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, формулы для КПД и внутренней энергии одноатомного идеального газа,
работа газа на участках 1 -2 и 3- 4 найдена как площадь по графику процесса в координатах .
Примечание; если в решении приводится вариант формулы КПД через работу газа за цикл, то
проверяется наличие формулы работы газа )
II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов. (введены обозначения для всех величин, которых нет в КИМах)
III) Представлены математические образования, приводящие к верному ответу (в данном случае последовательное выражение величин с пояснением действий).
IV) Получен верный ответ.
2 балла ставится если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые
преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:
I) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение, которые не отделены от решения и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
II) В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги. (Получение конечной формулы сразу, без последовательного, логического вывода. Пропуск преобразований в формулах.)
И (ИЛИ)
III) Отсутствуют описания вновь вводимых в решение буквенных обозначений физических величин.
И (ИЛИ)
IV) Ответ получен неверный или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательно указываются единицы измерений.)
1 балл ставится если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.
ИЛИ
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решении 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 данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
С одноатомным идеальным газом происходит циклический процесс a-b-c-d-a (начальное и конечное состояния газа совпадают). Дан график зависимости работы, совершенной газом с начала процесса, от количества теплоты, полученного газом с начала процесса. Качественно построить график зависимости давления газа от его объема в этом процессе и объяснить построение. Найти КПД процесса.
Из графика видим, что для первого процесса a-b (начало процесса – в начале координат) выполнено условие
где – работа газа, – количество теплоты, полученное газом. Такая связь работы и количества теплоты, полученного одноатомным газом, характерна для изобарического процесса. Докажем это. Пусть – изобара, то работа газа равна:
где – количество вещества, – давление газа, – объём газа, – изменение температуры.
Последнее равенство получено с помощью уравнения Менделеева-Клапейрона:
Количество теплоты в процессе можно найти по первому началу термодинамики:
где – изменение внутренней энергии.
Изменение внутренней энергии равно:
Откуда:
Значит, наше предположение верно. Поэтому процесс – изобарический, в котором газ получил количество теплоты кДж. В процессе , поэтому то есть изменение внутренней энергии равно нулю, значит, процесс – изотермический, в котором газ получил количество теплоты кДж. На участке работа газа, совершенная с начала процесса, не меняется, следовательно, , значит, работа газа равна нулю и процесс изохорический, в котором газ отдает количество теплоты кДж. После состояния количество теплоты, полученное газом с начала процесса не меняется, , процесс – адиабатический, в котором газ совершает работу кДж. Таким образом, за цикл газ совершил положительную работу кДж, а получил от нагревателя (участки , на которых газ получал тепло) следующее количество теплоты кДж. Поэтому КПД циклического процесса равен
Качественный график процесса в координатах приведен на рисунке, в котором процесс – изобара, – изотерма, – изохора, – адиабата. Поскольку работа и количество теплоты не являются функциями состояния, и в условии не задано количество вещества газа, определить параметры этого цикла (объемы, давления, температуры) по данным условия невозможно.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
На диаграмме зависимости температуры газа от объема для гелия в количестве = 1 моль показано, что сначала газ
переводится из состояния с температурой = 100 К в процессе 1 – 2 прямо пропорциональной зависимости температуры от
объема, при этом объем газа увеличивается в 2 раза. Затем газ охлаждается до температуры в изохорическом процессе 2–3.
Далее в изотермическом процессе 3–1 газ переходит в начальное состояние, при этом внешнее давление совершает над газом работу
Дж.
1. Найти максимальную температуру газа в этом цикле.
2. Найти работу, совершенную газом в процессе 1 – 2
3. Найти КПД цикла.
"Физтех 2019, 11
Источники:
1) По уравнению Менделеева-Клапейрона:
где – количество вещества, – давление газа.
Тогда
Так как по условию , где – некоторый постоянный коэффициент.
Тогда для процесса 1-2:
То есть давление постоянно. Тогда по закону Гей-Люссака:
2) Так как 1-2 – изобара, то работа газа равна:
3) Работа газа за цикл равна:
так как в процессе 2-3 объём постоянен, то работа равна нулю, при этом . При этом газ получает количество теплоты в процессе 1-2, значит, КПД равно:
Количество теплоты в процессе 1-2 можно найти по первому началу термодинамики:
где – изменение внутренней энергии.
Изменение внутренней энергии равно:
Откуда:
КПД
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
С одним молем идеального одноатомного газа проводят цикл, показанный на рисунке. На участке 1-2 объем газа увеличивается в =2 раза. Процесс 2 -3 – адиабатическое расширение, процесс 3 - 1 – изотермическое сжатие при температуре =300 К. Найти работу газа на участке 2 - 3. Универсальная газовая постоянная Дж/(мольК).
ВМК МГУ
- диаграмма рассматриваемого процесса изображена на рисунке. Для вычисления работы, совершенной газом при адиабатическом расширении на участке 2-3, воспользуемся первым началом термодинамики
где – количество теплоты, полученное газом (оно равно нулю, так как процесс адиабатический), – изменение
внутренней энергии, – работа газа при переходе 2-3.
Изменение внутренней энергии равно:
где – количество вещества, – температура.
С учётом уравнения Клапейрона-Менделеева:
Так как , то
Так как процесс 1-3 изотермический, то с учётом уравнения Менделеева-Клапейрона имеем:
Так как зависимость между и прямая, то с увеличением в раз увеличивается и давление в раз, значит, , , из этих уравнений следует, что Следовательно,
Критерии проверки
3 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение включающее следующие элементы:
I) Записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: сказано, что работа газа в процессе находится как площадь под графиком функции данного процесса в координатах . Записана формула изменения внутренней энергии одноатомного идеального газа. Записан первый закон термодинамики. Записано уравнение Менделеева-Клапейрона)
II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов.
III) Проведены 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.
2 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые
преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:
Записи, соответствующие одному или обоим пунктам: II и III, – представлены не в полном объёме или отсутствуют.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ правильном 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)
При ПОЛНОМ решении в необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не доведены до конца.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ решении отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательны единицы измерений)
1 балл ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.
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 данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Вычислите КПД цикла, изображённого на рисунке. Рабочим телом служит идеальный одноатомный газ.
1. Работа газа в процессе равна площади треугольника.
Положительное количество теплоты газ получает только в процессе 1–2, тогда
где – изменение внутренней энергии, – работа газа при переходе 1-2.
Изменение внутренней энергии равно:
где – количество вещества, – температура.
С учётом уравнения Клапейрона-Менделеева:
Работа газа равна площади под графиком процесса в координатах :
Тогда
Откуда КПД
Критерии проверки
3 балла ставится если:
_________________________________________________________________________________________________________________
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, формулы для КПД и внутренней энергии одноатомного идеального
газа, работа газа на участках найдена как площадь по графику процесса в координатах
)
II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов. (введены обозначения для всех величин, которых нет в КИМах)
III) Представлены математические образования, приводящие к верному ответу (в данном случае последовательное выражение величин с пояснением действий).
IV) Получен верный ответ.
2 балла ставится если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые
преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:
I) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение, которые не отделены от решения и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
II) В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги. (Получение конечной формулы сразу, без последовательного, логического вывода. Пропуск преобразований в формулах.)
И (ИЛИ)
III) Отсутствуют описания вновь вводимых в решение буквенных обозначений физических величин.
И (ИЛИ)
IV) Ответ получен неверный или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательно указываются единицы измерений.)
1 балл ставится если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.
ИЛИ
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решении 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 данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Запаянный горизонтальный цилиндрический сосуд длиной разделён на две части подвижной перегородкой. С одной стороны от
перегородки содержится 1 моль кислорода, с другой – 1 моль гелия и 2 моль кислорода, а перегородка находится в
равновесии. В некоторый момент времени перегородка становится проницаемой для гелия и остается непроницаемой
для кислорода. Найти перемещение перегородки. Температуры газов одинаковы и не меняются в течение процесса.
(«Росатом», 2012, 11)
Так как в одном отсеке 1 моль, а в другом 3 моля газа, то перегородка будет смещена в сторону меньшего количества газа, при этом части будут относиться 1:3 ( – меньший отсек, – больший отсек). После того как перегородка стала проницаема для гелия, гелий распределится по всему сосуду с равной концентрацией и будет оказывать одинаковое парциальное давление независимо от положений перегородки. Поэтому при исследовании её равновесия гелий можно не учитывать. Кислород же останется в одинаковой концентрации с каждой из сторон, значит, перегородка будет делить сосуд на две части, с отношением 1:2 ( меньший отсек и больший). Следовательно, перемещение перегородки составит
Критерии проверки
3 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение включающее следующие элементы:
I) Записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: описано положение перегородки в двух случаях)
II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов.
III) Проведены 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.
2 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые
преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:
Записи, соответствующие одному или обоим пунктам: II и III, – представлены не в полном объёме или отсутствуют.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ правильном 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)
При ПОЛНОМ решении в необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не доведены до конца.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ решении отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательны единицы измерений)
1 балл ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.
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 данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Чему равна масса азота, который содержится в воздухе комнаты объёмом м Средняя квадратичная скорость
молекул азота м/с. Считать, что воздух состоит из азота и кислорода. Концентрация молекул азота в раза больше
концентрации молекул кислорода. Атмосферное давление Па.
(МФТИ, 1998)
Пусть температура газа в комнате .
Давление газа равно:
где – концентрация газа.
Тогда давления азота и кислорода:
По закону Дальтона атмосферное давление в комнате равно:
Давление газа же можно найти по формуле:
где – масса молекулы азота.
Концентрация же равна:
где – количество молекул.
Тогда давление равно:
Выразим массу азота:
С учётом (1):
Критерии проверки
3 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение включающее следующие элементы:
I) Записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: записано основное уравнение молекулярно-кинетической теории, записан закон Дальтона, записана формула связи концентрации объёмом)
II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов.
III) Проведены 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.
2 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые
преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:
Записи, соответствующие одному или обоим пунктам: II и III, – представлены не в полном объёме или отсутствуют.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ правильном 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)
При ПОЛНОМ решении в необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не доведены до конца.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ решении отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательны единицы измерений)
1 балл ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.
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 данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
При повышении температуры азота, заключенного в закрытый сосуд, от до третья часть молекул азота распалась на атомы. Во сколько раз при этом возросло давление газа?
При диссоциации треть массы азота превратилась в одноатомный газ вдвое меньшей молярной массы. Пусть начальное
давление газа , давление получившегося двухатомного газа , давление получившегося одноатомного газа ,
– объём сосуда, – первоначальная масса газа, – молярная масса газа, и – начальная и конечная
температуры.
Запишем уравнение Менделеева–Клапейрона для начального состояния газа, для получившегося двухатомного газа, для
получившегося одноатомного газа:
|
По закону Дальтона:
где – давление получившейся смеси.
Сложив два последних уравнения системы с учётом закона Дальтона:
Поделим на первое уравнение системы:
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В горизонтальном цилиндрическом сосуде под поршнем массой кг и площадью см находится идеальный газ. Расстояние от поршня до дна сосуда см. На какое расстояние и в какую сторону переместится поршень, если цилиндр начать двигать с ускорением м/c как показано на рисунке. Атмосферное давление Па. Температура газа не изменяется. Трением поршня о стенки сосуда пренебречь. Считать, что при сообщении цилиндру ускорения колебания поршня не возникают.
ВМК МГУ
Пусть – давление газа впервом случае, – давление газа во втором случае.
Первоначально давление газа равно атмосферному давлению. По уравнению Клапейрона–Менделеева
При движении с ускорение , второй закон Ньютона запишется в виде
Следовательно, при движении сосуда общее давление составит Запишем еще раз Клапейрона–Менделеева
Откуда
Критерии проверки
3 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение включающее следующие элементы:
I) Записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: записано уравнение Менделеева-Клапейрона, записан второй закон Ньютона)
II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов.
III) Проведены 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.
2 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые
преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:
Записи, соответствующие одному или обоим пунктам: II и III, – представлены не в полном объёме или отсутствуют.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ правильном 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)
При ПОЛНОМ решении в необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не доведены до конца.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ решении отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательны единицы измерений)
1 балл ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.
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 данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Два сосуда соединены короткой трубкой с закрытым краном. В одном сосуде объёмом л находится влажный воздух с
относительной влажностью при температуре . В другом сосуде объёмом л находится влажный воздух с
относительной влажностью при той же температуре. Кран открывают, и влажный воздух в сосудах перемешивается. В
сосудах устанавливается та же температура . Найти относительную влажность воздуха в сосудах. Ответ дайте в процентах и
окуглите до целых.
(«Физтех», 2018, 10 )
Пусть – давление насыщенного пара. Давления в первом и во втором отсеках равны и соответственно. Тогда из уравнения Менделеева-Клапейрона найдем массу пара в каждом отсеке
Общее количество пара
Откуда
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В теплоизолированном сосуде в начальный момент находится одноатомный газ при температуре = 300 К и кусочек железа массой = 2 кг, нагретый до температуры = 500 К. Начальное давление газа Па, его объем , удельная теплоемкость железа = 0,45 кДж/(кгК). Найдите давление газа в равновесном состоянии, считая объем газа неизменным.
Так как по условию задачи система замкнута, то внутренняя энергия ее неизменна. Поэтому равновесное состояние системы будет устанавливаться при передаче тепла газу от более горячего куска железа. По первому закону термодинамики:
где — изменение внутренней энергии, — количество теплоты, которое подводили к телу, — работа газа.
В данном случае работа газа равна нулю, так как . Уравнение теплового баланса в этом случае имеет
вид:
где — количество вещества газа, — универсальная газовая постоянная.
Запишем уравнение Менделеева – Клапейрона:
Выразим отсюда:
Выразим из (1) температуру газа :
Так как объем постоянен и количество вещества газа не меняется, то по закону Шарля:
Подставим (3) в (4):
Подставим (2) в (5):
Найдем давление газа в равновесном состоянии:
Критерии проверки
3 балла ставится если:
_________________________________________________________________________________________________________________
I) Записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо
для решения задачи выбранным способом ( в данном случае: первый закон термодинамики, выражение
для внутренней энергии одноатомного идеального газа, уравнение Менделеева- Клапейрона, уравнение
теплового баланса, закон Шарля (не обязательно))
II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов. (введены обозначения для всех величин, которых нет в КИМах)
III) Представлены математические образования, приводящие к верному ответу (в данном случае последовательное выражение величин с пояснением действий).
IV) Получен верный ответ.
2 балла ставится если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые
преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:
I) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение, которые не отделены от решения и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
II) В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги. (Получение конечной формулы сразу, без последовательного, логического вывода. Пропуск преобразований в формулах.)
И (ИЛИ)
III) Отсутствуют описания вновь вводимых в решение буквенных обозначений физических величин.
И (ИЛИ)
IV) Ответ получен неверный или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательно указываются единицы измерений.)
1 балл ставится если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.
ИЛИ
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решении 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 данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Диаграмма зависимости давления от объёма для некоторой массы идеального газа состоит из двух изотерм и двух отрезков прямых, проходящих через начало координат (см. рисунок). Найти объём газа в состоянии 4, если известны его объёмы , и в состояниях 1, 2 и 3 соответственно.
Прямая, проходящая через начало координат, описывается уравнением
где – угол наклона прямой.
Пусть объем при переходе из 4 в 3 возрастает в раз, тогда давление в точке 4 станет равно
Аналогично доказывается для прямой, проходящей через точки 1 и 2. Пусть при переходе из 1 в 2 давление и объем возрастает в раз. Тогда для процессов 1 – 4 и 2 – 3 можно записать
Запишем уравнение изотермы для 1–4 и выразим искомую величину
Аналогично запишем для 2–3
Объединяем последние два уравнения
Критерии проверки
3 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение включающее следующие элементы:
I) Записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: описаны процессы линейной зависимости давления от объёмов для графиков, выходящих из начала координат. Записан закон Бойля-Мариотта (либо уравнение Менделеева-Клапейрона))
II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов.
III) Проведены 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.
2 балла ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые
преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:
Записи, соответствующие одному или обоим пунктам: II и III, – представлены не в полном объёме или отсутствуют.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ правильном 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)
При ПОЛНОМ решении в необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не доведены до конца.
И (ИЛИ)
При ПОЛНОМ решении отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательны единицы измерений)
1 балл ставится за задачу если:
_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.
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 данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.