Идеальный одноатомный газ находящийся в цилиндре под закрепленным поршнем (3 видео)

Видео:Урок 166. Предмет термодинамики. Внутренняя энергия телаСкачать

Идеальный одноатомный газ находящийся в цилиндре под закрепленным поршнем

В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Первоначальное давление газа p = 4 · 10 5 Па. Расстояние от дна сосуда до поршня равно L. Площадь поперечного сечения поршня S = 25 см 2 . В результате медленного нагревания газ получил количество теплоты Q = 1,65 кДж, а поршень сдвинулся на расстояние x = 10 см. При движении поршня на него со стороны стенок сосуда действует сила трения величиной F_тр = 3 · 10 3 Н. Найдите L. Считать, что сосуд находится в вакууме.

1) Поршень будет медленно двигаться, если сила давления газа на поршень и сила трения со стороны стенок сосуда уравновесят друг друга: p₂S = F_тр, откуда

2) Поэтому при нагревании газа поршень будет неподвижен, пока давление газа не достигнет значения р₂. В этом процессе газ получает количество теплоты Q₁₂. Затем поршень будет сдвигаться, увеличивая объём газа, при постоянном давлении. В этом процессе газ получает количество теплоты Q₂₃.

3) В процессе нагревания, в соответствии с первым началом термодинамики, газ получит количество теплоты:

4) Внутренняя энергия одноатомного идеального газа:

5) Из пп. 3, 4 получаем

Видео:В горизонтальном цилиндрическом сосуде - Задача ЕГЭ по физике Часть 2Скачать

Идеальный одноатомный газ находящийся в цилиндре под закрепленным поршнем

В гладком вертикальном цилиндре под подвижным поршнем массой M = 25 кг и площадью S = 500 см 2 находится идеальный одноатомный газ при температуре T = 300 К. Поршень в равновесии располагается на высоте h = 50 см над дном цилиндра. После сообщения газу некоторого количества теплоты поршень приподнялся, а газ нагрелся. Найдите удельную теплоёмкость газа в данном процессе. Давление в окружающей цилиндр среде равно p₀ = 10 4 Па, масса газа в цилиндре m = 0,6 г .

Как следует из условия, объём газа равен а давление равно в течение всего процесса подвода теплоты. Согласно уравнению Клапейрона — Менделеева где — количество газа (в молях). Отсюда После сообщения газу некоторого количества теплоты температура газа увеличилась на а его объём возрос на причём согласно первому началу термодинамики где изменение внутренней энергии для одноатомного идеального газа а работа газа в изобарическом процессе

Таким образом, а удельная теплоёмкость газа в данном изобарическом процессе равна по определению:

В гладком вертикальном цилиндре под подвижным поршнем массой M = 5 кг и площадью S = 100 см 2 находится идеальный одноатомный газ. После сообщения газу некоторого количества теплоты поршень приподнялся на высоту Δh = 5 см над дном цилиндра, а газ нагрелся на ΔT = 30 К. Найдите удельную теплоёмкость газа в данном процессе. Давление в окружающей цилиндр среде равно p₀ = 10 4 Па, масса газа в цилиндре m = 0,12 г.

Как следует из условия, объём газа равен а давление равно в течение всего процесса подвода теплоты. Согласно уравнению Клапейрона — Менделеева где — количество газа (в молях). Отсюда В процессе подвода теплоты в изобарическом процессе будет выполняться соотношение: так что После сообщения газу некоторого количества теплоты температура газа увеличилась на а поршень приподнялся на высоту причём согласно первому началу термодинамики где изменение внутренней энергии для одноатомного идеального газа а работа газа в изобарическом процессе

Таким образом, а удельная теплоёмкость газа в данном изобарическом процессе равна по определению:

Количество теплоты переданное газу равна изменению внутренней энергии + работе газа+работе силы тяжести. При сложении работы газа и внутренней энергии получаем 5/2, но у вас 5/2 умножается еще и на работу силы тяжести. Я думаю 5/2 должно быть внутри скобки перед роS

Смотрите решение. То, про что Вы говорите, это не работа силы тяжести.

В цилиндрическом сосуде под массивным поршнем находится газ. Поршень не закреплён и может перемещаться в сосуде без трения (см. рисунок). В сосуд закачивается ещё такое же количество газа при неизменной температуре. Как изменятся в результате этого давление газа и концентрация его молекул?

Читайте также: Лифан солано задний тормозной цилиндр

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Поскольку поршень не закреплён, то давление газа равно сумме атмосферного давления и давления поршня, а значит, оно не зависит от количества вещества газа. Давление газа не изменится.

По условию температура неизменна, значит, из уравнения состояния идеального газа заключаем, что концентрация молекул газа тоже не изменится.

С разреженным азотом, который находится в сосуде под поршнем, провели два опыта. В первом опыте газу сообщили, закрепив поршень, количество теплоты в результате чего его температура изменилась на некоторую величину Во втором опыте, предоставив азоту возможность изобарно расширяться, сообщили ему количество теплоты в результате чего его температура изменилась также на Каким было изменение температуры в опытах? Масса азота

Согласно первому началу термодинамики

где — приращение внутренней энергии газа (одинаковое в двух опытах), A — работа газа во втором опыте. Вычитая (1) из (2), получаем

Работа A совершалась газом в ходе изобарного расширения, так что

( — изменение объёма газа).

С помощью уравнения Клапейрона — Менделеева эту работу можно выразить через приращение температуры газа:

Из уравнений (3), (4) и (5) получаем

Существует более короткое решение, однако для него требуется знание формулы для изменения внутренней энергии двухатомного газа: В этой формуле стоит 5/2 вместо привычных 3/2, это отражает тот факт, что у двухатомных молекул 5 степеней свободы (два вращения + три поступательных движения) в отличие от одноатомных молекул, у которых есть только три поступательных движения. (Замечание: для многоатомных молекул (состоящих из трех и более атомов) справедлива формула так как для них есть шесть степеней свободы: три вращения + три поступательных движения).

Рассмотрим первый опыт. Согласно первому началу термодинамики, все переданное газу тепло идет на изменение его внутренней энергии, поскольку поршень фиксирован, и газ не может совершать работу:

Отсюда сразу находим изменение температуры азота:

Обратите внимание, что данные задачи избыточны, в этом способе решения нам вообще не потребовались данные о втором опыте.

Можно воспользоваться равенством С_p − С_v = R. Тогда

cp — cv = R cp * m/M * dT — cv * m/M * dT = R m/M * dT Q2 — Q1 = R * m/M * dT dT = (Q2 — Q1) M / (mR)

Нельзя, этого равенства нет в кодификаторе.

В цилиндрическом сосуде под поршнем находится газ. Поршень может перемещаться в сосуде без трения. На дне сосуда лежит стальной шарик (см. рисунок). В сосуд закачивается ещё такое же количество газа при неизменной температуре. Как изменится в результате этого объём газа, его давление и действующая на шарик архимедова сила?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Обьем газа

Давление газа

Архимедова сила

В начальном и конечном состояниях поршень покоится, а значит, полная сила, действующая на него, равна нулю. Отсюда делаем вывод, что давление не изменяется ().

Для газа в сосуде выполняется уравнение состояния Клапейрона — Менделеева: Увеличение количества вещества газа при неизменных температуре и давлении приведет к увеличению объема.

Сила Архимеда определяется плотностью среды, в которую помещено тело (). Поскольку плотность газа не изменяется сила Архимеда не изменяется.

В условии задачи не сказано, что поршень покоится в начальном и конечном состоянии

Поршень будет иметь устойчивое положение равновесия. Именно об этом и идет речь в решении. А в процессе перехода из начального положения в конечное позиция поршня изменяется

Вертикальный цилиндр закрыт горизонтально расположенным поршнем массой 1 кг и площадью 0,02 м 2 , который может свободно перемещаться. Под поршнем находится 0,1 моль идеального одноатомного газа при некоторой температуре T₀. Над поршнем находится воздух при нормальном атмосферном давлении. Сначала от газа отняли количество теплоты 100 Дж. Потом закрепили поршень и нагрели газ до начальной температуры T₀. При этом давление газа под поршнем стало в 1,2 раза больше атмосферного. Чему равна температура T₀? Ответ укажите в кельвинах с точностью до целых.

Поскольку поршень может свободно двигаться, процесс отдачи тепла газом происходит при постоянном давлении:

Согласно первому началу термодинамики, переданное газу тепло идёт на изменение его внутренней энергии и на работу против внешних сил (несмотря на то, что тепло отнимают от газа, его можно считать переданным, но с отрицательным знаком):

Идеальный газ подчиняется уравнению Менделеева — Клапейрона: Следовательно, изменения объёма и температуры при постоянном давлении связаны соотношением

Температура в начальном и конечно состоянии совпадает, а значит, давление и объем в начальном и конечном состояниях связаны соотношением

Таким образом, для температуры имеем

Объем уменьшился в результате процесса, поэтому pV0=1,2pa(V0-dV)

Автор решения принял и

В теплоизолированном цилиндре, разделённом на две части тонким невесомым теплопроводящим поршнем, находится идеальный одноатомный газ. В начальный момент времени поршень закреплён, а параметры состояния газа — давление, объём и температура — в одной части цилиндра равны p₁ = 1 атм, V₁ = 1 л и Т₁ = 300 К, а в другой, соответственно, р₂ = 2 атм, V₂ = 1 л и Т₂ = 600 К. Поршень отпускают, и он начинает двигаться без трения. Какое давление газа установится в цилиндре спустя достаточно долгое время, когда будет достигнуто состояние равновесия? Теплоёмкостями цилиндра и поршня можно пренебречь.

Запишем уравнение состояния (уравнение Клапейрона — Менделеева) для газа в обеих частях цилиндра в начальный момент времени:

Из первого начала термодинамики следует, что внутренняя энергия газа в этом процессе сохраняется, так как газ не обменивается теплотой с окружающими телами и не совершает работы. Запишем выражения для внутренней энергии газа.

а в установившемся состоянии равновесия:

Отсюда окончательно получаем:

Я конечно дико извиняюсь , но как газ может не совершать работы , когда в условии сказано Поршень отпускают, и он начинает двигаться без трения.

Тут меняются объёмы , а значит совершается работа

Здесь речь идёт о всём объёме газа, находящемся в сосуде. Действительно, части газа, находящиеся по разные стороны от поршня, будут совершать работу друг над другом, но над внешними телами работа совершаться не будет, поэтому внутренняя энергия всего газа сохраняется.

В теплоизолированном цилиндре, разделённом на две части тонким невесомым теплопроводящим поршнем, находится идеальный одноатомный газ. В начальный момент времени поршень закреплён, а параметры состояния газа — давление, объём и температура — в одной части цилиндра равны и а в другой, соответственно, и Поршень отпускают, и он начинает двигаться без трения. Какое давление газа установится в цилиндре спустя достаточно долгое время, когда будет достигнуто состояние равновесия? Теплоёмкостями цилиндра и поршня можно пренебречь.

и в установившемся состоянии равновесия:

Из закона сохранения энергии получаем:

В представленном решении не доказано, что после установления теплового равновесия поршень вернётся в исходное положение. Но в формуле конечной внутренней энергии системы использованы начальные объёмы газов. Считаю такое решение необоснованным, на ЕГЭ так делать нельзя, ребёнок потеряет балл.

Поршень не вернётся в исходное положение. Суммарный объём частей газа остаётся постоянным.

Вертикальный цилиндр закрыт горизонтально расположенным поршнем массой 1 кг и площадью 0,02 м 2 , который может свободно перемещаться. Под поршнем находится 0,1 моля идеального одноатомного газа при некоторой температуре Над поршнем находится воздух при нормальном атмосферном давлении. Сначала газу сообщили количество теплоты 3 Дж, потом закрепили поршень и охладили газ до начальной температуры При этом давление газа под поршнем стало равно атмосферному. Чему равна температура ? Ответ укажите в кельвинах с точностью до десятков.

Поскольку поршень может свободно двигаться, процесс передачи тепла газу происходит при постоянном давлении:

Согласно первому началу термодинамики, переданное газу тепло идет на изменение его внутренней энергии и на работу против внешних сил:

Идеальный газ подчиняется уравнению Менделеева — Клапейрона: Следовательно, при постоянном давлении изменения объёма и температуры связаны соотношением

Температура в начальном и конечном состоянии совпадает, а значит, давление и объём в начальном и конечном состояниях связаны соотношением

Таким образом, для температуры имеем

Горизонтальный хорошо теплопроводящий цилиндр, разделённый подвижными поршнями площадью S = 50 см 2 на 5 отсеков (№№ 1—5), содержит в них одинаковые количества идеального газа при температуре окружающей среды и под давлениями, равными давлению p_а = 10 5 Па окружающей цилиндр атмосферы (см. рисунок). Каждый поршень сдвигается с места, если приложенная к нему горизонтальная сила превышает силу сухого трения F_тр = 4 Н. К самому левому поршню прикладывают горизонтальную силу F, медленно увеличивая её по модулю. При какой силе F давление газа в самом правом, пятом отсеке цилиндра, увеличится в n = 3 раза? Процессы изменения состояния газов в отсеках цилиндра считать изотермическими.

Поскольку процесс медленный, то в каждый момент времени вся система находится в равновесии, и сумма горизонтальных проекций всех сил, действующих на любую её часть, равна нулю.

Для того чтобы давление в отсеке № 5 увеличилось, все поршни, очевидно, должны двигаться, и при этом на каждый из них будет действовать сила трения направленная влево.

Согласно закону Бойля — Мариотта, при изотермическом процессе в пятом отсеке произведение его объёма на давление в нем должно оставаться неизменным: откуда следует, что в конце процесса при давлении объём этого отсека будет равен При этом на правый поршень со стороны газа в пятом отсеке будет действовать сила направленная влево.

Рассмотрим теперь систему, состоящую из всех пяти поршней и четырёх отсеков (№№ 1—4) с газом между этими поршнями. В конце процесса сжатия газа в пятом отсеке на эту систему в равновесии действуют слева направо сила и сила атмосферного давления а справа налево — 5 сил трения и сила давления газа в пятом отсеке Эти силы уравновешивают друг друга, и по второму закону Ньютона:

🔍 Видео

В горизонтальном цилиндре с гладкими стенками под массивным поршнем находится одноатомный - №33050Скачать

Урок 145. Идеальный газ. Основное ур-ние МКТ ид. газа - 1Скачать

Одноатомный идеальный газ неизменной массы совершает циклический процесс, показанный на - №29480Скачать

Уравнение состояния идеального газа. 10 класс.Скачать

🌑 ОГОНЬ ИЗ ВОЗДУХА Дизельная Зажигалка для пост Апокалипсиса DIY Fire Piston Игорь БелецкийСкачать

Физика 10 класс (Урок№23 - Внутренняя энергия. Работа. Количество теплоты.)Скачать

Урок 46 (осн). Передача давления жидкостями и газами. Закон ПаскаляСкачать

ВСЯ теория и ВСЕ качественные задачи по МКТ и Термодинамике для ЕГЭ 2024 по физикеСкачать

Урок 195. Изотермы реального газаСкачать

Урок 147. Задачи на основное уравнение МКТ идеального газаСкачать

Урок 170. Количество теплоты. Первый закон термодинамикиСкачать

Идеальный и реальный газ | Газы.Молекулярно-кинетическая теория | Химия (видео 7)Скачать

идеальный газ | ДАВЛЕНИЕ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА | 10 класс МКТСкачать

Урок 178. Тепловые двигатели и их КПД. Цикл КарноСкачать