Задание 10 ЕГЭ по физике

Термодинамика, тепловое равновесие. Относительная влажность воздуха, количество теплоты

В. З. Шапиро

Десятое задание ЕГЭ по физике проверяет знания по разделам «Молекулярная физика» и «Термодинамика». Это задание базового уровня. Здесь необходимо пользоваться формулами для расчета количества теплоты при нагревании или охлаждении тела, плавлении и кристаллизации, парообразовании и конденсации, уметь извлекать информацию для решения задач из графических зависимостей.

1. На сколько градусов нагреется медная деталь массой 100 г, если ей сообщить 760 Дж теплоты?

Ответ: на ___________________________ °С.

Для решения задачи необходимо воспользоваться формулой для нагревания или охлаждении тела: \(Q=cm \Delta t;\) откуда выразим разность температур.

\(\Delta t=\frac{Q}{cm} .  \) Поведем расчет  \(\Delta t= \frac{760}{380\cdot 0,1}=20(^\circ C). \)

Ответ:  \(20^\circ C. \)

Секрет решения: В подобных задачах надо обратить особое внимание на сам процесс, который может идти с выделением или поглощением энергии. Это влияет на знак количества теплоты. При нагревании энергия поглощается  \((Q\, \textgreater \,0), \) при охлаждении энергия выделяется  \((Q \, \textless \, 0). \)

2. На рисунке изображён график зависимости температуры тела от подводимого к нему количества теплоты. Удельная теплоёмкость вещества этого тела равна 500 Дж/(кг×К). Чему равна масса тела?

Ответ: __________________________ кг.

Решение данной задачи также проводится на основании формулы

\(Q=cm\Delta t.\) Выразим и рассчитаем массу тела: \(m= \frac{Q}{c \Delta t}= \frac{60000}{500\cdot 60}=2 \)кг.

Ответ: 2 кг.

Секрет решения: Данные для расчета необходимо взять из графика. Прерывание значений на оси температур может вызвать недоумение. Интервал от 0 до 320 К на графике не указан. Но это не влияет на решение задачи.

Кроме того, надо знать, что на графиках по горизонтальной и вертикальной осях всегда отображаются разные физические величины, поэтому единичный отрезок будет различный.

3. Кусок льда массой 1 кг находится при температуре 0 ºС. Какая масса воды образуется, если льду сообщить количество теплоты, равное 198 кДж?

Ответ: ___________________________ кг.

Решение этой задачи можно провести, используя формулу для расчета количества теплоты, необходимого для плавления тела  \(Q= \lambda m.  \) Выразим массу из этой формулы и проведем расчет:  \(m=\frac{Q}{\lambda }= \frac{198000}{330000} = 0,6 \) (кг).

Ответ: 0,6 кг.

Подобные задачи являются достаточно простыми, но в них надо использовать правильную формулу, которая отвечает физическому процессу. Кроме того, необходимым является точный перевод в систему СИ, а также умение находить значения постоянных величин в справочных материалах.

4. В калориметр залили три порции воды массами 200 г, 300 г и 500 г, которые имели температуры 20 °C, 40 °C и 60 °C, соответственно. Теплообмен воды с окружающими телами пренебрежимо мал. Какой будет температура воды в калориметре после установления теплового равновесия?

Ответ: ___________________________ °C.

Решение подобных задач основано на составлении уравнения теплового баланса.

Q₁ – количество теплоты, полученное первой порцией воды.

Q₂ – количество теплоты, полученное (или отданное) второй порцией воды.

Q₃ – количество теплоты, полученное (или отданное) третьей порцией воды.

Q₁ = 0,2c (t – 20); Q₂ = 0,3с (t – 40); Q₃ = 0,5с (t – 60).

Составим уравнение теплового баланса:

Q₁ + Q₂ + Q₃ = 0;

0,2c (t – 20) + 0,3с (t – 40) + 0,5с (t – 60) = 0.

После сокращения на с получим:

0,2(t – 20) + 0,3(t – 40) + 0,5(t – 60) = 0;

t = 46(°C).

Ответ: 46

Секреты решения: При составлении уравнения теплового баланса надо соблюдать несколько важных правил.

1. Правильно расставить индексы у температур, которых в условии задачи может быть много.
2. Записать формулу расчета количества теплоты для каждого тела, участвующего в теплообмене.
3. Расставить знаки (+) или (-) для процессов, идущих с поглощением или выделением тепла.
4. Составить общее уравнение (Q₁ + Q₂+…+ Q_n = 0) и решить его.

Заметим, что уравнение теплового баланса в общем виде может выглядеть громоздким. Решение окажется более рациональным, если вы сразу подставите численные значения.