previous arrow
next arrow
Slider

Задание 8 ЕГЭ по физике

Основы термодинамики. Тепловое равновесие. Уравнение Клапейрона-Менделеева. Изопроцессы.

В. З. Шапиро

Восьмое задание ЕГЭ по физике проверяет знания по разделам «Молекулярная физика» и «Термодинамика».  Оно относится к заданиям  базового уровня. В нём нет возможности выбора ответа. Данные для условия задачи могут быть представлены в виде текста или на графике.

Необходимая теория: Основные положения молекулярно-кинетической теории

1. В сосуде находится некоторое количество идеального газа. Во сколько раз уменьшится объём газа, если он перейдёт из состояния 1 в состояние 2 (см. рисунок)?

Ответ: в ___________________________ раз(а).

Для точек 1 и 2 надо применить уравнение Клапейрона, так как масса газа и количество вещества   остается неизменным.

\frac{p_1}{T_1}V_1=\frac{p_2}{T_2}V_2; отсюда можно выразить отношение объемов в состояниях 1 и 2.

 \frac{V_1}{V_2}=\frac{p_2T_1}{p_1T_2}.  Подставим условные значения для температуры и давления из графика   \frac{V_1}{V_2}=\frac{2\cdot 5}{5\cdot 1}=2.

 Ответ: в 2 раза.

Секрет решения: Уравнение Клапейрона применимо только для неизменной массы или количества вещества идеального газа. Более универсальным является уравнение Менделеева-Клапейрона. Его можно использовать для различных масс и количеств вещества газа.  От этого уравнения легко перейти к уравнению Клапейрона, сократив на равные массы.

2. Цилиндрический сосуд разделён лёгким подвижным поршнем на две части. В одной части сосуда находится криптон, в другой – аргон. Температуры газов одинаковы. Определите отношение концентрации молекул криптона к концентрации молекул аргона.

Ответ: ___________________________.

Наличие легкого подвижного поршня в цилиндрическом сосуде приведет к выравниванию давлений в обеих частях. Для решения задачи необходимо использовать формулу для связи давления, концентрации и температуры.

p_1=n_1kT_{1 }  для сосуда с криптоном, p_2=n_2kT_2 – для сосуда с аргоном. Приравнивая эти два уравнения (так как давления одинаковые) получим: n_1kT_{1}= n_2kT_2;   \, \,   \frac{n_1}{n_2}=\frac{kT_2}{kT_1}=1.

Ответ: 1.

3. Температура неона увеличилась с 27 оС до 327 оС. Во сколько раз увеличилась средняя кинетическая энергия его молекул?

Ответ: в___________________________ раз(а).

Температура связана со средней кинетической энергией молекул формулой:

 \overline{E_k}= \frac{3}{2}kT; применим эту формулу для двух случаев, переведя температуру из градусов Цельсия в градусы Кельвина.

\overline{{E_k}_1}=\ \frac{3}{2}kT_1; \overline{{E_k}_2}=\ \frac{3}{2}kT_2. Найдем отношение    \frac{\overline{{E_k}_2}}{{E_k}_1}=\frac{\frac{3}{2}kT_2}{\frac{3}{2}kT_1}=\frac{T_2}{T_1} .

Подставим численные значения \frac{\overline{{E_k}_2}}{{E_k}_1}= \frac{327+273}{27+273}=2.

 Ответ: 2.

Секрет решения: Перевод температуры в шкалу Кельвина является обязательным во всех разделах физики. Связь   T(K) = t(^\circ C) + 273  запоминается легко, но также надо знать, что при изменении температуры на один градус по Цельсию температура по Кельвину также меняется на один градус.