Тема №24 МКТ. Термодинамика (Расчетная задача высокого уровня сложности)
01 №24 МКТ. Термодинамика (Расчетная задача высокого уровня сложности)
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 задачи

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#27386

В закрытом сосуде объёмом V =25  л находится сухой воздух при давлении       5
p1 = 10  Па и температуре        ∘
t1 = −23 C  . В сосуд помещают кусок льда массой m =9  г и нагревают сосуд до температуры t2 = 127∘C  . Определите давление влажного воздуха      p  , если давление насыщенного пара при этой температуре pн = 250  кПа. Молярная масса воды μ = 18  г/моль. Универсальная газовая постоянная R = 8,31  Дж/(моль⋅ K).
(«Покори Воробьёвы горы!», 2014, 10–11)

Показать ответ и решение

При нагревании сухого воздуха процесс изохорный, тогда по закону Шарля:

p2   p1
T2 = T1,

где p2  – конечное давление воздуха, T1  и T2  – температура воздуха в Кельвинах.
По закону Дальтона давление влажного воздуха в сосуде равно сумме парциальных давлений:

p =p2+ pпара,

где pпара  – 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:

        m             mRT2
pпараV = μ-RT2 ⇒ pпара =-μV--.

Подставим числовые значения из условия:

pпара = 9 г⋅8,31Дж/-(моль⋅K)⋅(−1237-+−2373) К-= 66,48 кП а
            18 г/моль⋅25⋅10 м

Относительная влажность равна:

    pпара
φ =  pн  ⇒ pпара = φ ⋅pн.п.,

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:

p= p1T2+ pпара = 100 кП а⋅ (127+-273)-К-+ 66,48 кПа≈ 226,48 кПа
     T1                (−23+ 273) К
Ответ:
Критерии оценки

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

Задача 2#27381

В герметично закрытом сосуде объёмом        3
V = 1 дм  находится влажный воздух с относительной влажностью φ= 70%  при температуре t =100∘C  . Давление в сосуде p= 130  кПа. Найдите массу влажного воздуха. Молярная масса сухого воздуха μ0 = 29  г/моль, молярная масса водяного пара μ = 18  г/моль, атмосферное давление p0 = 100  кПа.

Показать ответ и решение

По закону Дальтона давление влажного воздуха в сосуде равно сумме парциальных давлений:

p= pвозд+ pпара,

где pвозд  – давление воздуха, pпара  – давление водяного пара.
Давление пара можно выразить из формулы относительной влажности:

    p
φ = pпара ⇒ pпара = φ ⋅pн.п.,
     н.п.

где pн.п. = 100  кПа – давление насыщенных паров при температуре 100∘ C
Так как p   = 100 кП а= p
 н.п.            0  , то давление сухого воздуха равно:

pвозд = (p− φp0).

И давление водяных паров:

pпара = φp0.

Для воздуха и водяного пара справедливо уравнение Менделеева-Клапейрона:

     m-
pгV = μгRT,

где pг  – давление газа, μг  – молярная масса газа, T  – температура в Кельвинах.
Искомая масса равна:

M  = m0+ m,

где m  – масса водяных паров, m0  – масса сухого воздуха.
С учётом уравнения Менделеева-Клапейрона:

                                                             3
M = V-μ0⋅(p−φp0)+V-μ⋅φp0 =-V-((p−φp0)⋅μ0+ φp0⋅μ)= -----------1-дм------------((130 кП а−0,7⋅100 кП а)⋅29 г/моль+0,7⋅100 кП &#x043
     RT         RT       RT                   8,31Дж/(моль⋅K)⋅(100 +273) К
Ответ:
Критерии оценки

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

Задача 3#26304

На электроплитке мощностью P = 1  кВт кипит чайник с водой. Вычислите скорость истечения пара из его носика, если площадь сечения носика S =1  см2,  давление на выходе из носика равно нормальному атмосферному p =105  Па, все количество теплоты, выделяемое плиткой, передается воде без потерь. Ответ дайте в м/с и округлите до десятых

Показать ответ и решение

Плитка генерирует количество теплоты:

Q =P t,

где t  – время работы плитки.
Эту всю теплоту получает вода в чайнике:

Q= rm,

где r  – удельная теплота парообразования воды, m  – масса испарившейся воды.
Тогда

t= rm-
    P

Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона:

pV = m-RT,
     M

где p  – давление, V =lS  – объём носика, m  – масса пара, μ  – молярная масса воды, T  – температура газа.
Отсюда

   mRT
l =-pμS-

При этом движение пара можно назвать равномерным:

v = l,
    t

Тогда

   mRT    P   P RT         103⋅8,31⋅373
v =-pμS-⋅rm-= pSμr = 105⋅10−4⋅18⋅10−3⋅2,26-⋅106 ≈ 7,5 м/с.
Ответ:
Критерии оценки

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

Задача 4#25065

Один моль азота находится в сосуде объемом V = 1  л под давлением      5
p =10  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 μ = 28  г/моль, температура кипения при атмосферном давлении tk = −196∘C  , удельная теплота испарения λ =5,6  кДж/моль, температура плавления tпл = −210∘C  Универсальная газовая постоянная R = 8,31  .

Показать ответ и решение

В сосуде первоначально находится

m1 = μν =28 г/м оль ⋅1 моль= 28 г

Пусть весь азот в сосуде газообразный, тогда по уравнению Менделеева-Клапейрона температура азота равна:

                 pV   105⋅10− 3
pV = νRT∗ ⇒ T∗ = νR-= -1⋅8,31--≈ 12 К

Изобразим фазовую диаграмму состояний

PIC

Тогда азот не сможет создать давление p= 105  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.

PIC

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 m2  можно найти из уравнения Менделеева-Клапейрона:

p V = m2RT-к ⇒ m2 = pV-μ-= 105 Па-⋅10−3-м−3⋅28-г/моль-≈ 2,2 г
2       μ          2RTk   2 ⋅8,31 Д ж/(моль*К)⋅77 К

Тогда искомая величина:

Δm  = m1 − m2 = 28 г − 2,2 г = 25,8 г
Ответ:
Критерии оценки

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

Задача 5#25063

Подвижный поршень делит объем горизонтально расположенного сосуда на два отсека с общим объемом V = 150  л. В первый отсек ввели ν1 = 1  моль воды, а во второй ввели ν2 =2  моль азота. Можно считать, что объем введенной воды намного меньше   V  . В отсеках установилась температура T1 = 275  К. Сосуд вместе с содержимым прогревают до температуры T2 = 373  К. Давление насыщенного пара воды при температуре T1 = 275  К равно PH =705  Па. Плотность воды ρ= 1  г/см3.
1. Найти давление P1  в сосуде до прогревания.
2. Найти объем V1  первого отсека до прогревания.
3. Найти давление P2  в сосуде после прогревания.

Показать ответ и решение

1) Давление водяного пара удовлетворяет неравенству:

p2(T1) ≤P Н = 705 П а

Найдем давление азота при T1  по уравнению Менделеева-Клапейрона:

                  ν2RT1
p1V1 = ν2RT1 ⇒ p1 =-V1-,

где V1  – объём, занимаемый азотом.
При этом давление азота удовлетворяет неравенству (представим, что азот занимает весь объём сосуда):

p1 ≥ νRT-= 2⋅8,31-⋅275-≈ 0,3 ⋅105 Па
     V      150 ⋅10−3

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 m = ν ⋅μ = 1 м оль ⋅18 г/моль= 18  г, где μ  – молярная масса воды. При этом объём воды равен:

V = m-= --18 г3 = 18 см3
    ρ   1 г/см

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:

p2V1 = ν1RT2 p2V2 = ν2RT2,

где V1  и V2  – объёмы, занимаемые паром и азотом.
Просуммируем:

p2(V1 +V2)= (ν1+ ν2)RT2,

так как V1+ V2 = V  , то

    (ν + ν)RT    (1+ 2) ⋅8,31⋅373
p2 =--1-V2---2-= ---150⋅10−3---≈ 0,62⋅105 П а,

так как давление насыщенного пара при T = 373  К равно p = 105  , то пар ненасыщенный и вода испарилась полностью, наше предположение верно.

Ответ:
Критерии оценки

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    5
10   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

Задача 6#25062

Горизонтально расположенный цилиндр разделен подвижным поршнем массой m = 5  кг на две равные части объемом V =1  л каждая. С одной стороны от поршня находится насыщенный водяной пар при температуре t= 100∘ C, с другой – воздух при той же температуре. Цилиндр поставили вертикально так, что снизу оказался пар. На какое расстояние x  опустится поршень, если температуру в обеих частях цилиндра поддерживают неизменной? Площадь основания цилиндра S = 0,01  м , давление насыщенного пара при температуре t= 100∘ C равно pн = 105  Па. Ускорение свободного падения принять g = 10  м/с2
 .

Показать ответ и решение

Когда цилиндр расположен горизонтально, давление воздуха равно давлению насыщенного водяного пара pн  . Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона для воздуха:

pнV = νRT,

где ν  – количество воздуха.
Откуда количество молей воздуха

ν = pV-.
    RT

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

PIC

Здесь p  – давление газа.
Запишем второй закон Ньютона для поршня:

⃗Fг+ ⃗Fп+ m ⃗g = m⃗a,

где Fг = pS  – сила давления газа, Fп =pнS  – сила давления пара, a  – ускорение поршня.
Так как поршень покоится, то a= 0  . Спроецируем второй закон Ньютона на вертикальную ось:

pS+ mg − pнS = 0⇒ p = pн− mg-.
                         S

То есть давление газа уменьшилось. При перемещении поршня на расстояние x  объем воздуха увеличился на xS  , при этом по условию температура постоянна, значит, уравнение Менделеева-Клапейрона примет вид:

(    mg )
 pн− -S- (V +xS )= νRT = pнV.

Отсюда

x=  ---mgV-----
    S(pнS − mg )

Проанализируем это выражение. Поршень может опуститься до дна, то есть на величину V ∕S  . При этом мы пренебрегаем объемом образовавшейся из пара воды, который, как показывает расчет, оказывается очень малым. Тогда выражение имеет смысл при:

                  mgV
x< V∕S ⇒ V∕S > S(pнS−-mg).

Отсюда

1 > --mg----⇒ pнS − mg > mg ⇒ mg < pнS
    pнS − mg                        2

Ответ к задаче следует сформулировать следующим образом:    V   mg
x= S-pS-− mg  при      pS
m <  2g-  ;     V
x = S-  при      pS
m  ≥ 2g-  . x =5,3  мм.

Ответ:
Критерии оценки

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

Задача 7#24015

Идеальный одноатомный газ совершает в тепловом двигателе цикл 1-2-3-1 , в котором давление p  газа изменяется с изменением его плотности ρ  так, как показано на рисунке, причем график процесса 1-2 представляет собой участок гиперболы, описываемой уравнением p =b + k
       ρ  . Определите КПД цикла η  . Ответ приведите в процентах, округлив до одного знака после запятой.

PIC

Показать ответ и решение

Так как плотность связана с объёмом V  формулой:

   m
ρ= -V ,

также по условию газ имеет постоянную массу m  . То есть объём равен:

V = m-.
    ρ

По условию:

       -k-          k-
p0 = b+ 2ρ0 3p0 = b+ ρ0

Отсюда

k =4p0ρ0

и

        k
b= p0− 2ρ0 = − p0.

Тогда зависимость давления от плотности:

     (        )
p= p0 − 1+ 4ρ0 .
            ρ

С учётом     m
V = ρ-,  получим зависимость давления от объёма:

     (      V )
p= p0 − 1+ 4V0 .

где V  – объём газа в состояниях 1 и 3.
График изображён на рисунке:

PIC

Работа газа за цикл равна площади треугольника и равна:

    (3p − p )(     V )   pV
A = --02--0- V0 − 20 =  020.

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:

Q н = Q23+ Q31.

По первому началу термодинамики найдем Q
 23

Q23 = ΔU23+ A23,

где ΔU   = 3νR(T − T )
   23   2    3   2  – изменение внутренней энергии, A
 23  – работа газа, ν  – количество вещества, T  – температура.
Работа газа равна нулю, так как объём постоянен. Также запишем уравнение Менделеева-Клапейрона для состояний 2 и 3:

p2V2 = νRT2 p3V3 = νRT3

Тогда

      3             3                  3p V
ΔU23 = 2(p3V3− p2V2)= 2 (3p0V0∕2− p0V0∕2)=--02-0.

Также найдём Q31  .

Q31 = ΔU31+ A31

Так как процесс изобарный, то

A31 = p31(V0− V0∕2)= 3p0V0.
                     2

ΔU31 = 3νR(T1− T3).
       2

Аналогично запишем уравнение Менделеева-Клапейрона для состояний 1 и 3:

p1V1 = νRT1 p3V3 = νRT3

Тогда

ΔU31 = 3(p1V1− p3V3)= 3(3p0V0− 3p0V0∕2) = 9p0V0.
       2             2                  4

Тогда

     3p0V0  9p0V0  3p0V0-  21p0V0
Q н =  2  +   4  +   2  =   4

Искомое КПД равно:

η = A--= 2-≈ 9,5%
    Qн   21
Ответ:
Критерии оценки

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 P  − V  )

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

Задача 8#24014

Идеальный одноатомный газ совершает в тепловом двигателе цикл 1-2-3-4-1, в котором давление p  газа изменяется с изменением его плотности ρ  так, как показано на рисунке, причём графики процессов 2-3 и 4-1 представляют собой участки гипербол. Определите коэффициент полезного действия (КПД) цикла η  . Ответ приведите в процентах, округлив до одного знака после запятой.

PIC

ДВИ МГУ 2018

Показать ответ и решение

Так как плотность связана с объёмом V  формулой:

   m
ρ= -V ,

также по условию газ имеет постоянную массу m  . То есть объём равен:

V = m-.
    ρ

По условию на участках 2-3 и 4-1 давление зависит от плотности по гиперболы:

    k
p = ρ.

где k  – некоторый постоянных коэффициент.
Для процесса 2-3

2p0 =-k
     ρ0

находим, что

                ρ0         V-
k = 2p0ρ0, p = 2p0 ρ , p= 2p0V0,

где V0  – объем газа в состояниях 1 и 2.
Рассуждая аналогично, находим, что на участке 4-1 давление зависит от объема по закону

p= 3p0 V
      V0

Таким образом, pV  -диаграмма цикла имеет вид, изображенный на рисунке.

PIC

Работу газа за один цикл, численно равную площади S1234  фигуры 1-2-3-4, удобно рассчитать по формуле

               1   (   1)     1  (    1)     5pV
A =S154− S253 = 22p0 1− 3  V0− 2p0  1− 2 V0 = -1020.

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:

           3
Q н = Q41 = 2ΔU41+ A41,

где        3
ΔU41 − 2νR(T1− T4)  – изменение внутренней энергии, A41  – работа газа.

                      (     )
Q н = 3νR(T1− T4)+ 14p0 1 − 1 V0.
     2            2        3

Учитывая, что согласно уравнению Менделеева–Клапейрона

3p0V0 =νRT1,  p0V0 =νRT4,
               3

находим, что

Q н = 16p0V0.
       3

КПД цикла

    A--  5-
η = Qн = 64.
Ответ:
Критерии оценки

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 P  − V  )

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

Задача 9#24013

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  ΔT1  =20К, а модуль изменения температуры на участке 3-4 равен ΔT2  =15К. Найдите коэффициент полезного действия цикла η  .

PIC

ДВИ МГУ 2018

Показать ответ и решение

Газ получает теплоту от нагревателя на участке 1-2 и отдает теплоту холодильнику на участке 3-4. КПД цикла по определению равен

     A
η = Q--,
     12

где A  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,

A = Q12− |Q34|.

Q12 = ΔU12+ A12,

где ΔU12  – изменение внутренней энергии газа в процессе 1-2, A12  – работа газа в процессе 1-2.
Изменение внутренней энергии равно:

ΔU12 = 3νR(T2− T1),
       2

где ν  – цоличества вещества, T  – температура. В нашем случае p∼ V  , следовательно, работу газа можно найти как площадь трапеции под процессом 1-2:

     3            (p2+p1)
Q12 = 2νR(T2− T1)+   2   (V2− V1)

С учетом p∼ V  , p1V2 = p2V1

  3            p2V2− p2V1 +p1V2− p1V1
= 2νR (T2− T1)+ ----------2----------

или с учетом Менделеева-Клапейрона

Q12 = 2νRΔT1.

Аналогично для процесса 3-4

Q34 = 2νRΔT2.

Тогда КПД

   (   ΔT  )
η = 1− ΔT-2  100% = 25%
          1
Ответ:
Критерии оценки

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 P −  V  . Примечание; если в решении приводится вариант формулы КПД через работу газа за цикл, то проверяется наличие формулы работы газа A  = Q нагр − |Qхолод| )

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

Задача 10#22853

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.

PIC

Показать ответ и решение

Из графика видим, что для первого процесса a-b (начало процесса – в начале координат) выполнено условие

      5
Qab = 2Aab

где Aab  – работа газа, Qab  – количество теплоты, полученное газом. Такая связь работы и количества теплоты, полученного одноатомным газом, характерна для изобарического процесса. Докажем это. Пусть ab  – изобара, то работа газа равна:

A  = p  (V  − V )= p ΔV = νRΔT  ,
 ab   ab b   a    ab          ab

где ν  – количество вещества, p  – давление газа, V  – объём газа, ΔT  – изменение температуры.
Последнее равенство получено с помощью уравнения Менделеева-Клапейрона:

pabVb = νRTb pabVa = νRTa

Количество теплоты в процессе a− b  можно найти по первому началу термодинамики:

Qab = ΔUab+ Aab,

где ΔUab  – изменение внутренней энергии.
Изменение внутренней энергии равно:

ΔUab = 3νR(Tb− Ta)= 3νRΔTab.
       2            2

Откуда:

Q  = 5 νR ΔT  = 5 A .
 ab  2     ab  2  ab

Значит, наше предположение верно. Поэтому процесс – изобарический, в котором газ получил количество теплоты Qab = 5  кДж. В процессе b− c  Abc = Qbc  , поэтому ΔUbc = 0  то есть изменение внутренней энергии равно нулю, значит, процесс b − c  – изотермический, в котором газ получил количество теплоты Qbc = 4  кДж. На участке c− d  работа газа, совершенная с начала процесса, не меняется, следовательно, Acd = 0  , значит, работа газа равна нулю и процесс c − d  изохорический, в котором газ отдает количество теплоты Q  = 7
 cd  кДж. После состояния d  количество теплоты, полученное газом с начала процесса не меняется, Qda = 0  , процесс d− a  – адиабатический, в котором газ совершает работу Ada = −4  кДж. Таким образом, за цикл газ совершил положительную работу Aabcda = 2  кДж, а получил от нагревателя (участки a− b− c  , на которых газ получал тепло) следующее количество теплоты Qabc =Qab +Qbc = 9  кДж. Поэтому КПД циклического процесса a− d− c− d− a  равен

ηabcda = Aabcda = 2= 0,22
        Qabc   9

Качественный график процесса a − d − c − d − a  в координатах p − V  приведен на рисунке, в котором процесс a− b  – изобара, b− c  – изотерма, c− d  – изохора, d − a  – 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.

PIC

Ответ:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 11#22851

На диаграмме зависимости температуры T  газа от объема V  для гелия в количестве ν  = 1 моль показано, что сначала газ переводится из состояния с температурой T1  = 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 T3 = T1  в изохорическом процессе 2–3. Далее в изотермическом процессе 3–1 газ переходит в начальное состояние, при этом внешнее давление совершает над газом работу A31 =576  Дж.
1. Найти максимальную температуру газа в этом цикле.
2. Найти работу, совершенную газом в процессе 1 – 2
3. Найти КПД цикла.

PIC

"Физтех 2019, 11

Источники: Физтех, 2019, 11

Показать ответ и решение

PIC

1) По уравнению Менделеева-Клапейрона:

pV = νRT,

где ν  – количество вещества, p  – давление газа.
Тогда

pV-= νR =const.
T

Так как по условию T =αV  , где α  – некоторый постоянный коэффициент.
Тогда для процесса 1-2:

p2V2-  p1V1-
αV2 = αV1 ⇒ p2 = p1.

То есть давление постоянно. Тогда по закону Гей-Люссака:

V2 = V1 ⇒ T2 = T1V2 = T12V1-= 2T1 = 200 К
T2   T1         V1     V1

T2 = 2V1,Tmax = T2 = 2T1 = 200 К
T1   V1
2) Так как 1-2 – изобара, то работа газа равна:

A12 = p1(V2− V1)= p1V1 = νRT1 ≈ 831 Д ж

3) Работа газа за цикл равна:

A = A12+ A23+ A31,

так как в процессе 2-3 объём постоянен, то работа равна нулю, при этом A   = −A
  31     1  . При этом газ получает количество теплоты в процессе 1-2, значит, КПД равно:

     A
η = Q12.

Количество теплоты в процессе 1-2 можно найти по первому началу термодинамики:

Q12 = ΔU12+ A12,

где ΔU12  – изменение внутренней энергии.
Изменение внутренней энергии равно:

ΔU12 = 3νR(T2− T1)= 3νRT1.
       2            2

Откуда:

Q  = 3 νRT + νRT =  5νRT ≈ 2077,5 Дж
 12  2    1     1   2   1

КПД

   A12− A31   831 Дж − 576 Д ж
η =---Q12-- = ---2077,5 Д-ж---≈ 0,12
Ответ:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 12#22850

С одним молем идеального одноатомного газа проводят цикл, показанный на рисунке. На участке 1-2 объем газа увеличивается в m  =2 раза. Процесс 2 -3 – адиабатическое расширение, процесс 3 - 1 – изотермическое сжатие при температуре T0  =300 К. Найти работу A  газа на участке 2 - 3. Универсальная газовая постоянная R = 8,3  Дж/(моль⋅ К).

PIC

ВМК МГУ

Показать ответ и решение

PIC

pV  - диаграмма рассматриваемого процесса изображена на рисунке. Для вычисления работы, совершенной газом при адиабатическом расширении на участке 2-3, воспользуемся первым началом термодинамики

Q23 = ΔU23+ A23,

где Q23 = 0  – количество теплоты, полученное газом (оно равно нулю, так как процесс адиабатический), ΔU23  – изменение внутренней энергии, A23  – работа газа при переходе 2-3.
Изменение внутренней энергии равно:

ΔU   = 3νR(T − T ),
   23   2    0   2

где ν  – количество вещества, T  – температура.
С учётом уравнения Клапейрона-Менделеева:

p3V3 = νRT0  p2V2 = νRT2.

ΔU1−2 = 3 νR(T0− T2)
       2

Так как Q23 = 0  , то

A23 = −ΔU23 = 3νR (T2 − T0)
             2

Так как процесс 1-3 изотермический, то с учётом уравнения Менделеева-Клапейрона имеем:

νRT0 = p3V3 = p1V1.

Так как зависимость между p  и V  прямая, то с увеличением V  в m  раз увеличивается и давление в m  раз, значит, p2 = mp1  , V2 = mV1  , из этих уравнений следует, что       2
T2 = m T0.  Следовательно,

    3    2        3             2
A = 2R (m  − 1)T0 = 2 ⋅1 моль⋅8,31(2 − 1)300 К =11,2 кД ж
Ответ:
Критерии оценки

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 P − V  . 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

Задача 13#22846

Вычислите КПД цикла, изображённого на рисунке. Рабочим телом служит идеальный одноатомный газ.

PIC

Показать ответ и решение

1. Работа газа в процессе равна площади треугольника.

A = p0V0

Положительное количество теплоты газ получает только в процессе 1–2, тогда

Q1−2 = ΔU1− 2+ A1−2,

где ΔU1− 2  – изменение внутренней энергии, A1− 2  – работа газа при переходе 1-2.
Изменение внутренней энергии равно:

        3
ΔU1 −2 = 2νR (T2 − T1),

где ν  – количество вещества, T  – температура.
С учётом уравнения Клапейрона-Менделеева:

p2V2 = νRT2  p1V1 = νRT1.

        3
ΔU1−2 = 2(6p0V0− p0V0)

Работа газа равна площади под графиком процесса в координатах P − V  :

    3p0+ p0
A = ---2--(2V0− V0)= 2p0V0.

Тогда

Q1−2 = 3(6p0V0− p0V0)+2p0v0 = 19p0V0
       2                      2

Откуда КПД

    A-  2-
η = Q = 19
Ответ:
Критерии оценки

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 P  − V  )

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

Задача 14#21360

Запаянный горизонтальный цилиндрический сосуд длиной l  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)

Показать ответ и решение

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 (l∕4  – меньший отсек, 3l∕4  – 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 (l∕3  меньший отсек и 2l∕3  больший). Следовательно, перемещение перегородки составит

    l   l   l
x = 3 − 4 = 12
Ответ:
Критерии оценки

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

Задача 15#21359

Чему равна масса m  азота, который содержится в воздухе комнаты объёмом V = 75  м3
 ?  Средняя квадратичная скорость молекул азота v = 500  м/с. Считать, что воздух состоит из азота и кислорода. Концентрация молекул азота в β = 4  раза больше концентрации молекул кислорода. Атмосферное давление p= 105  Па.
(МФТИ, 1998)

Показать ответ и решение

Пусть температура газа в комнате T  .
Давление газа равно:

p = nkT,

где n  – концентрация газа.
Тогда давления азота и кислорода:

pN2 = nN2kT  pO2 = nO2kT = nN2kT = pN2.
                          β       β

По закону Дальтона атмосферное давление в комнате равно:

              pN2       pN2(1+-β)
p =pO2 +pN2 =  β + pN2 =    β    . (1)

Давление газа же можно найти по формуле:

pN2 = 1nN2mN2v2,
      3

где mN2   – масса молекулы азота.
Концентрация же равна:

      NN2-  --m--
nN2 =  V  = mN2V ,

где NN2   – количество молекул.
Тогда давление равно:

pN2 = 1--m--mN2v2 = 1m-v2.
      3mN2V         3V

Выразим массу азота:

    3pN2V-
m =   v2 .

С учётом (1):

                       5
m = --β--3p2V-= -4--3⋅10-⋅275 ≈ 72 кг
    1 +β  v    1+ 4  500
Ответ:
Критерии оценки

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

Задача 16#21358

При повышении температуры азота, заключенного в закрытый сосуд, от  ∘
7C  до     ∘
1407C  третья часть молекул азота распалась на атомы. Во сколько раз при этом возросло давление газа?

Показать ответ и решение

При диссоциации треть массы азота превратилась в одноатомный газ вдвое меньшей молярной массы. Пусть начальное давление газа p  , давление получившегося двухатомного газа p′1  , давление получившегося одноатомного газа p′2  , V  – объём сосуда, m  – первоначальная масса газа, μ  – молярная масса газа, T  и T′ – начальная и конечная температуры.
Запишем уравнение Менделеева–Клапейрона для начального состояния газа, для получившегося двухатомного газа, для получившегося одноатомного газа:

(      m
||||| pV = μRT,
{ p′V = 2m-∕3RT ′,
|||  1     μ
||( p′2V = m-∕3RT ′.
        μ∕2

По закону Дальтона:

p′1+ p′2 = p′,

где  ′
p – давление получившейся смеси.
Сложив два последних уравнения системы с учётом закона Дальтона:

p′V = 4 mRT ′,
     3 μ

Поделим на первое уравнение системы:

p′  4T ′  4⋅(1407 +273)
-p =-3T = -3-⋅(7+-273)-= 8.
Ответ:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 17#20141

В горизонтальном цилиндрическом сосуде под поршнем массой M  = 20  кг и площадью S =100  см2  находится идеальный газ. Расстояние от поршня до дна сосуда l = 55  см. На какое расстояние Δl  и в какую сторону переместится поршень, если цилиндр начать двигать с ускорением a = 5  м/c2,  как показано на рисунке. Атмосферное давление p0 =105  Па. Температура газа не изменяется. Трением поршня о стенки сосуда пренебречь. Считать, что при сообщении цилиндру ускорения колебания поршня не возникают.

PIC

ВМК МГУ

Показать ответ и решение

Пусть p1  – давление газа впервом случае, p2  – давление газа во втором случае.
Первоначально давление газа равно атмосферному давлению. По уравнению Клапейрона–Менделеева

   νRT    νRT
p= --V- = -lS--

При движении с ускорение a  , второй закон Ньютона запишется в виде

p2S− p0S =Ma  ⇒ p2S = Ma + p0S → p2 = Ma-+ p0 = 1,1p1
                                     S

Следовательно, при движении сосуда общее давление составит Запишем еще раз Клапейрона–Менделеева

           --νRT---     νRT-
p2 = 1,1p1 = (l− Δl)S = 1,1 lS

Откуда

1,1l− 1,1Δl = l ⇒ Δl = 0,1l= 5,5 см-= 5 см
                     1,1     1,1
Ответ:
Критерии оценки

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

Задача 18#18700

Два сосуда соединены короткой трубкой с закрытым краном. В одном сосуде объёмом V1 =3,5  л находится влажный воздух с относительной влажностью φ1 =40%  при температуре T  . В другом сосуде объёмом V2 =2,5  л находится влажный воздух с относительной влажностью φ2 = 60%  при той же температуре. Кран открывают, и влажный воздух в сосудах перемешивается. В сосудах устанавливается та же температура T  . Найти относительную влажность φ  воздуха в сосудах. Ответ дайте в процентах и окуглите до целых.
(«Физтех», 2018, 10 )

Показать ответ и решение

Пусть pн  – давление насыщенного пара. Давления в первом и во втором отсеках равны p1 = φ1pн  и p2 = φ2pн  соответственно. Тогда из уравнения Менделеева-Клапейрона найдем массу пара в каждом отсеке

     μ              μ
m1 = RTφ1pнV1  m2 = RT-φ2pнV2

Общее количество пара

m1 + m2 = μ-pн(φ1V1+ φ2V2).
          RT

Откуда

    V1φ1+-V2φ2
φ =   V1+ V2  ≈ 48%
Ответ: 48

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 19#14575

В теплоизолированном сосуде в начальный момент находится одноатомный газ при температуре To  = 300 К и кусочек железа массой m  = 2 кг, нагретый до температуры T1  = 500 К. Начальное давление газа po =105  Па, его объем Vo = 10000 см3  , удельная теплоемкость железа c  = 0,45 кДж/(кг⋅ К). Найдите давление газа в равновесном состоянии, считая объем газа неизменным.

Показать ответ и решение

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:

ΔU = Q − A,

где ΔU  — изменение внутренней энергии, Q  — количество теплоты, которое подводили к телу, A  — работа газа.
В данном случае работа газа равна нулю, так как V = const  . Уравнение теплового баланса в этом случае имеет вид:

3νR(T − T )= cm (T − T ),   (1)
2       o       1

где ν  — количество вещества газа, R  — универсальная газовая постоянная.
Запишем уравнение Менделеева – Клапейрона:

poVo = νRTo

Выразим отсюда:

νR = poVo-   (2)
      To

Выразим из (1) температуру газа T  :

T = cmT1-+-1,5νRT0   (3)
      cm + 1,5νR

Так как объем постоянен и количество вещества газа не меняется, то по закону Шарля:

p1   po              T
T1 = To ⇒   p1 = po⋅To  (4)

Подставим (3) в (4):

p1 = po⋅ cmT1-+-1,5νRTo (5)
        To(cm + 1,5νR)

Подставим (2) в (5):

                 p V
        cmT1 +1,5-oT-oTo      cmT1+ 1,5poVo
p1 = po⋅--(-------pooVo) = po⋅Tocm-+-1,5poVo-
       To  cm +1,5-To-

Найдем давление газа в равновесном состоянии:

p1 = 105 Па ⋅ 450 Дж-∕(кг-⋅К)⋅2 кг⋅500-К+-1,5⋅105 Па-⋅10−2-м3 ≈166 кПа
           300 К ⋅450 Дж ∕(кг⋅К )⋅2 кг+ 1,5⋅105 Па ⋅10−2 м3
Ответ:
Критерии оценки

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

Задача 20#14529

Диаграмма зависимости давления p  от объёма V  для некоторой массы идеального газа состоит из двух изотерм и двух отрезков прямых, проходящих через начало координат (см. рисунок). Найти объём газа V4  в состоянии 4, если известны его объёмы   V1  ,       V2  и V3  в состояниях 1, 2 и 3 соответственно.

PIC

Показать ответ и решение

Прямая, проходящая через начало координат, описывается уравнением

p(V )= kV,

где k  – угол наклона прямой.
Пусть объем при переходе из 4 в 3 возрастает в α  раз, тогда давление в точке 4 станет равно

p(αV4)= αkV4 =αp4

Аналогично доказывается для прямой, проходящей через точки 1 и 2. Пусть при переходе из 1 в 2 давление и объем возрастает в β  раз. Тогда для процессов 1 – 4 и 2 – 3 можно записать

p2V2 =p3V3   p1V1 =p4V4 ⇒ β2p1V1 =α2p4V4   p1V1 =p4V4 ⇒ β = α

Запишем уравнение изотермы для 1–4 и выразим искомую величину

p1V1 = p4V4 ⇒ V4 = V1p1
                  p4

Аналогично запишем для 2–3

                           p1  V3
p2V2 = p3V3 ⇒ αp1V2 = αp4V3 ⇒ p4 = V2

Объединяем последние два уравнения

V4 = V1V3
     V2
Ответ:
Критерии оценки

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.

Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!