Задание №10 ЕГЭ по физике


Тепловое равновесие


Задание №10 Единого Государственного Экзамена по физике посвящено тепловому равновесию. Мы приводим краткую теорию ниже, а потом разбираем несколько вариантов!


Теория к заданию №10 ЕГЭ по физике


Удельная теплота плавления обозначается греческой буквой λ. Количество теплоты Q, которое необходимо для того, чтобы расплавить кристаллическое тела массы т, надо воспользоваться формулой:

Q = λm

В процессе кристаллизации вещество теряет энергию, выделяя в среду столько же теплоты, сколько ее поглощается при плавлении. Потому при расчете количества теплоты, затрачиваемого на кристаллизацию вещества, пользуются той же формулой, но со знаком –:

Q = –λm

Тепловая мощность равна количеству теплоты, затраченной на нагревание в единицу времени.

N=Q/t

Уравнение Менделеева – Клапейрона записывается в виде:

pV = νRT

Количество теплоты Q, которое нужно для того, чтобы изменить температуру тела на ΔТ градусов, определяется по формуле

Q = cmΔT


Разбор типовых заданий №10 ЕГЭ по физике


Демонстрационный вариант 2018

Для плавления льда при температуре его плавления требуется количество теплоты, равное 3 кДж. Этот кусок льда внесли в тёплое помещение. Зависимость температуры льда от времени представлена на рисунке. Определите среднюю тепловую мощность, подводимую к куску льда в процессе плавления.

Задание 10 ЕГЭ по физике

Алгоритм решения:
  1. Рассматриваем график изменения состояния льда. Анализируем условие.
  2. Определяем мощность горелки.
  3. Записываем ответ.
Решение:

1. Рассматриваем график, заданный в условии задания. Сначала на протяжении 5 мин лёд нагревался до температуры плавления. Затем температура не меняется. Это означает, что лед нагрелся до температуры плавления и десять минут таял. С 15-й по 25-ую минуту нагревается вода, получившаяся после таяние льда. Горелка все 25 минут работала равномерно, подавая тепло ко льду. Потому можно определить Q, переданное льду в течение любого временного промежутка.

На таяние льда затрачено 3 кДж теплоты, таяние продолжалось 10 мин. Теплота, которая передавалась льду равна 0,3 кДж в 1 минуту.

2. Тепловая мощность - это количество теплоты, переданной в единицу времени. Мы ее определили, но в Джоулях на минуту. Переведем ее в СИ:

300 Дж/1 мин = 300/60 = 5 Вт

Ответ: 5


Первый вариант задания (Демидова, № 1)

В закрытом сосуде при температуре 373 К под поршнем находится водяной пар под давлением 30 кПа. Каким станет давление пара, если, сохраняя его температуру неизменной, объём пара уменьшить в 3 раза?

 Алгоритм решения:
  1. Записываем уравнение состояния газа (Менделеева – Клапейрона), выражаем из него давление.
  2. Так как температура пара не менялась, сравниваем давление после изменения объема.
  3. Вычисляем давление.
  4. Записываем ответ.
Решение:

1. Выписываем уравнение Менделеева-Клапейрона: pV = νRT

Отсюда получаем давление:

http://self-edu.ru/htm/2018/ege2018_phis_30/files/1_10.files/image002.gif

Температура пара неизменна, а объем уменьшился в 3 раза. тогда давление стало равно

http://self-edu.ru/htm/2018/ege2018_phis_30/files/1_10.files/image003.gif

3. Следовательно давление возросло в три раза и стало равно: р2=3∙30 = 90 кПа.

Ответ: 90


Второй вариант задания (Демидова, № 11)

Определите, каково должно быть примерное отношение масс http://self-edu.ru/htm/ege2017_phis_30/files/11_10.files/image001.gif  железного и алюминиевого тел, чтобы при получении одного и того же количества теплоты они нагрелись на одно и то же число градусов. Ответ округлите до целых.

Алгоритм решения:
  1. Выписываем формулу для определения количества теплоты железа.
  2. Выписываем формулу для определения количества теплоты алюминия.
  3. Приравниваем значения теплоты, выражаем оттуда отношение масс тел.
  4. Записываем ответ.
Решение:

1. Q, нужное для изменения температуры железного тела на ΔТ градусов, определяют по формуле:

http://self-edu.ru/htm/ege2017_phis_30/files/11_10.files/image003.gif . Здесь с= 460 Дж/(кг∙К) – теплоемкость железа.

2. Q, для алюминия:

http://self-edu.ru/htm/ege2017_phis_30/files/11_10.files/image005.gif .

Здесь сАl =900 Дж/(кг∙К) – теплоемкость алюминия.

Поскольку по условию QFe= QAl , имеем:

http://self-edu.ru/htm/ege2017_phis_30/files/11_10.files/image008.gif .

Из равенства получаем:

http://self-edu.ru/htm/ege2017_phis_30/files/11_10.files/image009.gif

Ответ: 2


Третий вариант задания (Демидова, № 20)

Какое количество теплоты выделится при кристаллизации 120 г свинца, взятого при температуре плавления?

Алгоритм решения:
  1. Записываем формулу определения количества теплоты, отдаваемого телом при кристаллизации.
  2. Подставляем данные в задаче числовые значения величин, вычисляем.
  3. Записываем ответ.
Решение:

1. В процессе кристаллизации вещества происходит выделение количества теплоты Q = λm, которое понадобится для плавления.

2. Масса свинцового тела равна m = 120 г = 0,12 кг, а удельная теплота плавления равна λ= 2,5∙104Дж/кг. Подставим эти значения в формулу:

Q =2,5∙104∙12∙10-2=3000 Дж.

Ответ: 3000