Задания 1–2, стр. 267 — Физика, 10 класс, Физика Мякишев · ГДЗ
Физика · 10 КЛАСС

Задания 1–2 — Глава 13. § 80. Работа в термодинамике

Страница 267 · Физика Мякишев 10 класс

Глава 13. § 80. Работа в термодинамике — с. 267

§ 80. Вопрос 1. Почему газы при сжатии нагреваются?
При сжатии внешняя сила (например, поршень) совершает над газом положительную работу A = −pΔV > 0 (ΔV < 0). Двигаясь навстречу молекулам газа, поршень при упругих соударениях увеличивает их скорости, поэтому растёт средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул. Если теплообмен с окружающей средой мал, внутренняя энергия газа U = (3/2)(m/M)RT увеличивается, а значит, растёт и температура: газ нагревается. Так нагревается, например, насос при быстром накачивании шины.
§ 80. Вопрос 2. Положительную или отрицательную работу совершают внешние силы при изотермическом процессе, изображённом на рисунке 13.3?
На рисунке 13.3 при изотермическом процессе давление падает от p₁ до p₂, а объём возрастает от V₁ до V₂, то есть газ расширяется (ΔV = V₂ − V₁ > 0). Работа самого газа A′ = pΔV (по площади под графиком) положительна, а работа внешних сил отличается от неё знаком: A = −A′ < 0. Ответ: внешние силы совершают отрицательную работу (сила, действующая на газ, направлена против перемещения поршня при расширении).
§ 80. Образец заданий ЕГЭ, задание 1. Объём газа, расширяющегося при постоянном давлении 100 кПа, увеличился на 2 л. Работа, совершённая газом в этом процессе, равна
1) 2000 Дж
2) 20 000 Дж
3) 200 Дж
4) 50 МДж
Давление постоянно, поэтому работа газа A′ = pΔV. Переводим в СИ: p = 100 кПа = 1·10⁵ Па, ΔV = 2 л = 2·10⁻³ м³. A′ = 1·10⁵ Па · 2·10⁻³ м³ = 200 Дж.
Ответ: 3) 200 Дж.
§ 80. Образец заданий ЕГЭ, задание 2. Какая работа была совершена при изобарном сжатии водорода, взятого в количестве 6 моль, если его температура изменилась на 50 К?
1) 1 Дж
2) 69,25 Дж
3) 138,5 Дж
4) 2493 Дж
При изобарном процессе pΔV = νRΔT (из уравнения Менделеева — Клапейрона). Модуль работы: |A| = νRΔT = 6 моль · 8,31 Дж/(моль·К) · 50 К ≈ 2493 Дж. При сжатии работу над газом совершают внешние силы, она положительна: A = +2493 Дж (работа самого газа отрицательна). Модуль 2493 Дж есть только в варианте 4.
Ответ: 4) 2493 Дж.
§ 80. Образец заданий ЕГЭ, задание 3. Какая работа совершается газом при переходе его из состояния 1 в состояние 2 (см. рис.)?
[рисунок: график p–V, по оси p в единицах 10³ Па отмечены значения 1, 2, 3, по оси V в м³ отмечены 2, 4, 6, 8; процесс 1–2 — горизонтальный отрезок при p = 2·10³ Па от V = 2 м³ до V = 8 м³]
1) 8 кДж
2) 12 кДж
3) 8 Дж
4) 6 Дж
Процесс 1–2 изобарный: p = 2·10³ Па. Объём меняется от 2 до 8 м³, ΔV = 6 м³. A′ = pΔV = 2·10³ Па · 6 м³ = 1,2·10⁴ Дж = 12 кДж (площадь прямоугольника под графиком).
Ответ: 2) 12 кДж.
§ 80. Образец заданий ЕГЭ, задание 4. Какую работу совершает газ при переходе из состояния 1 в состояние 3 (см. рис.)?
[рисунок: график p–V, по оси p в единицах 10⁵ Па отмечены 1, 2, 3, по оси V в м³ отмечены 0,1 и 0,2; из точки 1 (V = 0,1 м³, p = 2·10⁵ Па) горизонтальный отрезок до точки 2 (V = 0,2 м³, p = 2·10⁵ Па), затем вертикальный отрезок вверх до точки 3 (V = 0,2 м³, p = 3·10⁵ Па)]
1) 10 кДж
2) 20 кДж
3) 30 кДж
4) 40 кДж
Участок 1–2 изобарный: p = 2·10⁵ Па, ΔV = 0,2 − 0,1 = 0,1 м³, A′₁₂ = 2·10⁵ · 0,1 = 2·10⁴ Дж. Участок 2–3 изохорный (V = const), поэтому работа на нём равна нулю. Полная работа A′ = 2·10⁴ Дж = 20 кДж.
Ответ: 2) 20 кДж.
§ 80. Образец заданий ЕГЭ, задание 5. Какую работу совершил одноатомный газ в процессе, изображённом на рисунке в координатах p, V?
[рисунок: график p–V с клетчатой сеткой; по оси p в единицах 10⁵ Па отмечены 0,1 и 0,2, по оси V в м³ отмечены 0,1 и 0,2, одна клетка по каждой оси равна 0,05; прямая со стрелкой из точки 1 (V = 0,05 м³, p = 0,2·10⁵ Па) в точку 2 (V = 0,25 м³, p = 0,05·10⁵ Па)]
1) 2,5 кДж
2) 1,5 кДж
3) 3 кДж
4) 4 кДж
Работа газа численно равна площади трапеции под графиком. По рисунку p₁ = 0,2·10⁵ = 2·10⁴ Па, p₂ = 0,05·10⁵ = 5·10³ Па, V₁ = 0,05 м³, V₂ = 0,25 м³, ΔV = 0,2 м³. A′ = (p₁ + p₂)/2 · ΔV = (2·10⁴ + 5·10³)/2 · 0,2 = 1,25·10⁴ · 0,2 = 2,5·10³ Дж = 2,5 кДж. Газ расширяется, работа положительна.
Ответ: 1) 2,5 кДж.
Оговорка: в таблице ответов учебника указан вариант 2 (1,5 кДж); по данным рисунка (клетка 0,05) получается 2,5 кДж.