В горизонтальном цилиндре закрытом подвижным поршнем (8 видео)

Содержание

В горизонтальном цилиндре закрытом подвижным поршнем
В горизонтальном цилиндре закрытом подвижным поршнем
В горизонтальном цилиндре закрытом подвижным поршнем
В горизонтальном цилиндре закрытом подвижным поршнем
ЕГЭ по физике №30 с решением и ответами
ЕГЭ по физике №30 с решением
🎦 Видео

Видео:Теплоизолированный цилиндр разделён подвижным теплопроводящим поршнем на две части. В одной - №29369Скачать

В горизонтальном цилиндре закрытом подвижным поршнем

2020-03-27
В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Первоначальное давление газа $p_ = 4 \cdot 10^ Па$. Расстояние от дна сосуда до поршня равно $L$. Площадь поперечного сечения поршня $S = 25 см^ $. В результате медленного нагревания газ получил количество теплоты $Q = 1,65 кДж$, а поршень сдвинулся на расстояние $x = 10 см$ (рис.). При движении поршня на него со стороны стенок сосуда действует сила трения величиной $F_ = 3 \cdot 10^ Н$. Найдите $L$. Считайте, что сосуд находится в вакууме.

Изменение состояния газа происходит в два этапа. Сначала газ изохорно нагревается до тех пор, пока сила давления на поршень не станет равной силе трения $F_ $, т.е. пока давление не вырастет до $p_ = \frac >$. После этого поршень медленно переместится на расстояние $x$, давление газа будет при этом оставаться равным $p_ $ (нагревание медленное, поршень все время находится почти в равновесии). Однако нет необходимости рассматривать эти этапы по отдельности, можно записать первый закон термодинамики сразу применительно к начальному и конечному состояниям:

$Q = A + (U_ — U_ ) = F_ x + \left ( \frac \frac > (L + x)S — \frac p_ (LS) \right )$.

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

В горизонтальном цилиндре закрытом подвижным поршнем

В цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится водяной пар и капля воды. С паром в сосуде при постоянной температуре провели процесс a→b→c, pV−диаграмма которого представлена на рисунке. Из приведённого ниже списка выберите все правильные утверждения относительно проведённого процесса.

1) На участке b→c масса пара уменьшается.

2) На участке a→b к веществу в сосуде подводится положительное количество теплоты.

3) В точке с водяной пар является насыщенным.

4) На участке a→b внутренняя энергия капли уменьшается.

5) На участке b→c внутренняя энергия пара уменьшается.

1. Неверно. По условию температура на участке не изменялась, давление уменьшилось в 2 раза, объём увеличился в 2 раза. Из уравнения для каждого состояния и Так как то и

2. Верно. Поскольку на участке объём изобарно увеличивался, то пар совершил положительную работу; а так как температура не менялась, но менялась масса пара, то внутренняя энергия увеличивалась. Из первого закона термодинамики следует, что Q — положительная величина, т. е. пар теплоту получал.

3. Неверно. На участке давление пара уменьшалось, а при постоянной температуре давление насыщенного пара оставалось неизменным. Значит, относительная влажность уменьшалась.

Читайте также: Стеклянные цилиндры большого диаметра

4. Верно. На участке давление и температура пара не изменялись, объем увеличивался. Исходя из уравнений состояния идеального газа, следует, что масса пара увеличивалась за счёт испарения, при котором внутренняя энергия воды уменьшается.

5. Неверно. На участке температура и масса пара не менялись, следовательно, внутренняя энергия не менялась.

Видео:№ 38 стр 110Скачать

В горизонтальном цилиндре закрытом подвижным 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:Урок 3. Решение задач на МКТ. Высокий уровень. ЕГЭСкачать

В горизонтальном цилиндре закрытом подвижным поршнем

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

Читайте также: Ржавые цилиндры как восстановить

Критерии оценивания выполнения задания	Баллы
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла	0
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.

Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи и получение ответа.

В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения данной задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.

Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объёме или отсутствуют.

В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены в скобки, рамку и т.п.).

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги.

I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: выражение для внутренней энергии одноатомного идеального газа, уравнение Клапейрона–Менделеева, выражение для работы газа и первое начало термодинамики );

II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений величин, используемых в условии задачи и 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);

Видео:5 задач на МКТ и термодинамику | ФИЗИКА ЕГЭСкачать

ЕГЭ по физике №30 с решением и ответами

Видео:Физика В вертикальном цилиндрическом сосуде с гладкими стенками под подвижным поршнем массой 10 кгСкачать

ЕГЭ по физике №30 с решением

№30 ЕГЭ по физике — примеры решения:

В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ.
Первоначальное давление газа p1 = 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 Fтр = 3·10 3 Н.
Найдите L. Считать, что сосуд находится в вакууме.

№30 ЕГЭ по физике — примеры решения:

Теплоизолированный цилиндр разделён подвижным теплопроводным поршнем на две части. В одной части цилиндра находится гелий, а в другой – аргон. В начальный момент температура гелия равна 300 К, а аргона – 900 К; объёмы, занимаемые газами, одинаковы, а поршень находится в равновесии. Поршень медленно перемещается без трения. Теплоёмкость поршня и цилиндра пренебрежимо мала. Чему равно отношение внутренней энергии гелия после установления теплового равновесия к его энергии в начальный момент?

Как изменится температура идеального газа, если увеличить его объем в 2 раза при осуществлении процесса, описываемого формулой pV 4 = const ?

Выразим из уравнения Менделеева-Клапейрона давление p:

Подставим (1) в формулу, описывающую данный процесс:

Следовательно, при увеличении объема в 2 раза температура должна понизиться в 8 раз

На рисунке изображён процесс 1-2-3-4-5, проводимый над 1 молем идеального одноатомного газа.
Вдоль оси абсцисс отложена абсолютная температура Т газа,
а вдоль оси ординат — количество теплоты Q полученное или отданное газом на соответствующем участке процесса.
После прихода в конечную точку 5 весь процесс циклически повторяется с теми же параметрами изменения величин, отложенных на осях.

Определим вначале тип цикла, изображённого на рисунке.

На участке 1—2 имеем , следовательно, изотермический процесс, при котором рабочее тело — газ — получает количество теплоты .

Аналогичным образом, участок 3—4 — это изотермический процесс , при котором рабочее тело отдаёт количество теплоты ,

причём . На участках 2-3 и 4-5 имеем

Таким образом, данный циклический процесс — это цикл идеальной тепловой машины, состоящий из двух изотерм и двух адиабат.
Этот цикл проводится, как видно из рисунка, между максимальной температурой

и минимальной температурой

КПД таког цикла Карно равен

Ответ. КПД цикла равен .

В цилиндре, закрытом подвижным поршнем, находится одноатомный газ,
который может просачиваться сквозь зазор вокруг поршня.
В опыте по изотермическому сжатию газа его объём уменьшился вдвое,
а давление газа упало в 3 раза.
Во сколько раз изменилась внутренняя энергия газа в цилиндре?
Газ считать идеальным.

Внутренняя энергия одноатомного идеального газа пропорциональна
его температуре и числу молей газа: U = (3/2)vRT.
Запишем уравнение Клапейрона–Менделеева:
pV = vRT
(p – давление газа, V – объём сосуда, R – газовая постоянная,
T – температура газа, v – число молей газа).
Из него видно, что произведение vT пропорционально произведению pV.
Значит, согласно условию задачи, внутренняя энергия газа
(как и произведение pV) уменьшилась в 6 раз.