👀 1.3k |

Задание №12 ЕГЭ по физике


Молекулярно-кинетическая теория


Задание №12 в ЕГЭ по физике — последнее тестовое задание на тему термодинамики.


Теория к заданию №12 ЕГЭ по физике


КПД тепловой машины

Тепловая машина, или тепловой двигатель, представляет собой устройство, используемое для совершения механической работы механизмами (мотоциклами, автомобилями и др.). В самом общем виде это происходит так: в устройство подается топливо, внутренняя энергия которого преобразуется в механическую энергию. Работа при этом совершается за счет расширения газа (рабочего тела), возникающего при повышении его температуры при сгорании топлива. Повторяющийся круговой процесс такого плана, реализуемый в тепловых машинах, называют циклом Карно.

Коэффициент полезного действия (КПД) – это величина, показывающая эффективность функционирования механизма. КПД обозначают греческой буквой ɳ («эта»).

Вычисляется КПД так:

где Т1 – температура нагревателя, Т2 – температура холодильника.

Выражение Q1–Q2 называют полезной работой, т.е. Q1–Q2п. Поэтому КПД можно выразить формулой:

где Q – кол-во теплоты, получаемой двигателем от нагревателя.

КПД выражается в процентах или в долях. Формулы, которые необходимо применять для получения результата в долях, приведены выше. Для получения КПД в процентах следует использовать уравнения:

Адиабатный процесс

Адиабатный (адиабатический) процесс связан с первым термодинамическим законом. При нем изменение теплоты в системе равно сумме изменений тепловой энергии и выполненной работы, которую выполняет газ. Он протекает без передачи газу теплоты. Не происходит и передача теплоты газом внешней среде. Адиабатический процесс графически изображается так: 3ESE_lfWXwM.jpg


Разбор типовых вариантов № 12 ЕГЭ по физике


Демонстрационный вариант 2018

Тепловая машина работает по циклу Карно. Температуру холодильника тепловой машины повысили, оставив температуру нагревателя прежней. Количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД тепловой машины и работа газа за цикл?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

  1. увеличилась,
  2. уменьшилась,
  3. не изменилась.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

КПД тепловой машины

Работа газа за цикл

Алгоритм решения:
  1. Записываем формулу расчета КПД. Анализируем, что произойдет, если температуру  нагревателя увеличить.
  2. Записываем формулу для КПД, выраженного через работу. Анализируем, как изменится эта величина.
  3. Записываем ответ.
Решение:

1. Для любого двигателя показатель КПД определяется формулой:

   http://www.pomogala.ru/pomogala_fizika/ege_2018/img_12.1.jpg ,

где Тн – температурный показатель нагревателя, Тх – температурный показатель холодильника. Т.к. величина Тх в формуле присутствует со знаком «–», значит, повышение значения этой величины ведет к уменьшению результата (т.е. ɳ). Вывод: увеличение температурного показателя холодильника приведет к уменьшению полезного коэффициента. Правильный вариант ответа – 2.

2. КПД выражается через работу так: ɳ=𝐴/𝑄н. Отсюда А= ηQн. Из формулы видно, что ɳ пропорционально А. Вывод: если уменьшится КПД, работа тоже уменьшится. Прав.вариант ответа – 2.

3. Заполняем таблицу:

КПД тепловой машиныРабота газа за цикл
22

Ответ: 22


Первый вариант задания (Демидова, №3)

На рисунках приведены графики А и Б двух процессов, 1-2 и 3-4, происходящих с 1 моль гелия. Графики построены в координатах V-T и p-V, где р — давление, V — объём, Т — абсолютная температура газа. Установите соответствие между графиками и утверждениями, характеризующими изображённые на графиках процессы. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ГРАФИКИhttp://self-edu.ru/htm/ege2016_phis_d_10/files/3_12.files/image001.jpgУТВЕРЖДЕНИЯ

1) Над газом совершают работу, при этом его внутренняя энергия увеличивается.

2) Над газом совершают работу, при этом газ отдаёт положительное количество теплоты.

3) Газ получает положительное количество теплоты и совершает работу.

4) Газ получает положительное количество теплоты, при этом его внутренняя энергия увеличивается.

 Алгоритм решения:
  1. Рассматриваем первый график таблицы. Ищем правильное предложение в графе справа.
  2. Проводим анализ второго графика в левой графе таблицы. Определяем правильный ответ в графе справа.
  3. Записываем ответ.
Решение:

1. На графике А) температура повышается, но объем не изменяется. Это изохорный процесс, поэтому газ не совершает работы, и над газом работа не совершается. Поскольку темп-ра увеличивается (происходит нагревание), газ получает некоторое кол-во теплоты. Из 1-го з-на термодинамики (Q=∆U+A) следует, что его внутр.энергия возрастает. Анализируем утверждения: 1) Утверждение 1 неверно в своей первой части; 2) Утверждение 2 неверно полностью; 3) Утверждение 3 неверно в своей 2-й части; 4) Утверждение 4 верно.

2. Вариант Б) показывает: уменьшаются показатели объема газа и давления. Происходит сжатие газа; это означает, что над газом производится работа. Применив ур-ние Менделеева-Клапейрона (pV=νRT), делаем вывод: при снижении объема и давления должна снижаться и температура. А из этого утверждения в свою очередь следует, что снижается внутр.энергия газа. Кол-во теплоты (положительное) при этом отдается. Работа над газом в данном случае совершается. Анализируем утверждения: 1) Утверждение 1 неверно во 2-й своей части; 2) Утверждение 2 верно; 3) Утверждения 3 и 4 неверны полностью.

Ответ: 42


Второй вариант задания (Демидова, №20)

Установите соответствие между процессами в идеальном газе и формулами, которыми они описываются (N — число частиц, р — давление, V — объём, Т — абсолютная температура, Q — количество теплоты.) К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ПРОЦЕССЫА) изохорный процесс при N = const

Б) адиабатный процесс при N = const

ФОРМУЛЫhttp://self-edu.ru/htm/ege2017_phis_30/files/20_12.files/image001.jpg
 Алгоритм решения:
  1. Анализируем, что происходит при изохорном типе процесса. Определяем, какой вариант равенств соответствует такому процессу.
  2. Анализируем, каким образом происходит адиабатический процесс. Устанавливаем, какое равенство соответствует данному процессу.
  3. Записываем ответ.
Решение:

1. Справа вариантом А) записано, что происходит изохорный процесс. Он совершается при постоянном показателе объема. В этом случае действует з-н Шарля: р/Т= const. Такое равенство стоит под 1-м номером.

2. При адиабатическом процессе Б) не происходит теплового обмена со средой, то есть выполняется равенство: Q=0. Значит, правильные предложения 1 и 4.

Ответ: 14

✍️ Автор: Даниил Романович | 📄 Скачать PDF |Поставить огонёк:

Добавить комментарий



Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *