Термодинамика. Работа в термодинамике, первый закон термодинамики, КПД тепловой машины
В. З. Шапиро
Девятое задание ЕГЭ по физике проверяет знания по разделам «Молекулярная физика» и «Термодинамика». Это задание базового уровня. В нём отсутствует возможность выбора ответа. Особое внимание надо уделить теме «Насыщенный пар. Относительная влажность воздуха». Качественное понимание всех происходящих процессов приведет к правильному решению задачи.
1. Относительная влажность воздуха в сосуде, закрытом поршнем, равна 40%. Во сколько раз необходимо уменьшить объём сосуда, чтобы водяной пар в нём стал насыщенным?
Ответ: в___________________________ раз(а).
Необходимая теория: Насыщенный пар
Относительная влажность равна 100% в случае, если водяной пар становится насыщенным. Увеличение влажности при постоянной температуре происходит из-за роста парциального давления водяного пара. Это давление растет с уменьшением объёма сосуда.
Относительная влажность равна 100% в случае, если водяной пар становится насыщенным. Увеличение влажности при постоянной температуре происходит из-за роста парциального давления водяного пара. Это давление растет с уменьшением объёма сосуда.
\(\varphi = \frac{p}{p_0}\cdot 100\% . \) Отношение влажностей воздуха будет равно обратному отношению объемов сосуда. \(\frac{\varphi _2}{\varphi _1}=\frac{V_1}{V_2}; \frac{V_1}{V_2}=\frac{100\%}{40\%}=2,5. \)
Ответ: в 2,5 раза.
У идеального теплового двигателя Карно температура нагревателя 327°С, а температура холодильника 27°С. Определите КПД теплового двигателя.
Ответ: ___________________________ %.
Необходимая теория: Тепловые машины
Формула для расчета КПД идеальной машины имеет вид: 
подставим сюда данные из условия задачи, переведя температуру в градусы Кельвина.
Секрет решения: В формуле для расчета КПД идеальной тепловой машины необходимо переводить температуру в градусы Кельвина. Если в числителе разность температур по обеим шкалам одинаковая, то в знаменателе температура должна быть строго по абсолютной шкале.
3. На рисунке показан график изменения состояния постоянной массы одноатомного идеального газа. В этом процессе газ получил количество теплоты, равное 3 кДж. На сколько в результате этого увеличилась его внутренняя энергия?
Ответ: на ___________________________ кДж
Необходимая теория: Первый закон термодинамики
Для решения задачи необходимо применить первый закон термодинамики \(Q= \Delta U+A'. \)
Так как график проходит через начало координат, то он характеризует изохорный процесс (V = const). При этом процессе газ работу не совершает, работа внешних сил также равна нулю. Поэтому первый закон термодинамики принимает вид \(Q= \Delta U. \) Так как газ получил 3 кДж теплоты, то оно полностью пошло на изменение его внутренней энергии.
Ответ: 3 кДж.
4. На pV-диаграмме (см. рисунок) показано, как изменялось давление газа при его переходе из состояния 1 в состояние 3. Каково отношение \(\frac{A_{12} }{A_{23} }\) работ газа в процессах 1–2 и 2–3?
На pV-диаграмме работа, совершенная газом, численно равна площади под графиком. На участке 1-2 надо найти площадь прямоугольника, на участке 2-3 площадь трапеции.
\(A_{12 }= 1\cdot 2 = 2; A_{23} = \frac{1+3}{2}\cdot 2=4. \frac{A_{12}}{A_{23}}= \frac{2}{4}=0,5.\)
Ответ: 0,5.
Понимание того, как термодинамические процессы изображаются на графиках, необходимо при решении задач, и особенно задач второй части. Любой график – это тот же самый текст, только имеющий другой вид (форму).
