Задание №9 ЕГЭ по физике


Термодинамика


В задании №9 ЕГЭ по физике необходимо продемонстрировать знания в области такого раздела физики, как термодинамика. Работа идеального газа, КПД тепловых машин, циклы - вот, что ждет нас в девятом задании.


Теория к заданию № 9 ЕГЭ по физике


Работа идеального газа

Пусть газ находится в сосуде, в котором есть поршень. Работа равна произведению силы на перемещение: A=F(h1h2).

Сила давления на стенки сосуда и поршень равна произведению давления газа p на площадь поверхности S. Тогда работа газа равна

А=pS(h1h2) = p(Sh1 – Sh2) =p(V1 V2)

Следовательно, газ выполняет работу, если изменяется его объём.

При постоянном давлении работа –это произведение давления и разности объёмов.

Задание 9 ЕГЭ по физике

Молекулы газа обладают кинетической энергией и при сильном сжатии газа ведут себя как упругие тела. Это означает, что обладают ещё и потенциальной энергией. Кинетическая и потенциальная энергия молекул, из которых состоит газ, в сумме составляют внутреннюю энергию газа U.

Если изменять одновременно температуру Т и давление р с объёмом V, разобраться в закономерностях изменения состояния газа тяжело.

Газовые процессы

  1. Изобарный процесс происходит при постоянном давлении, т.е. p = const.
    При нем теплота Q затрачивается на увеличение объёма газа и повышение температуры.
  2. Изохорный процесс происходит при поддержании постоянного объема, т.е. при V = const. Работа в данном случае не выполняется, а теплота, получаемая газом, затрачивается на изменение внутренней энергии.
  3. Изотермический проходит при постоянной температуре (T=const). В этом случае теплота идёт на изменение объёма, то есть на выполнение работы. При изотермическом процессе Q = А.

Графики газовых процессов изображены на рисунках ниже.

Графики процессов изобарного, изохорного, изотермического

Количество теплоты, которое необходимо затратить при нагревании тела массой т, на Δt градусов, определяется формулой Q=cmΔt. Здесь с – удельная теплоемкость материала, из которого изготовлено тело.

КПД тепловой машины

http://self-edu.ru/htm/ege2017_phis_30/files/28_9.files/image001.gif

Здесь Q1 – количество теплоты, полученное от нагревателя, Q2 – количество теплоты,которое отдано холодильнику, A- полезная работа.


Разбор типовых заданий №9 ЕГЭ по физике


Демонстрационный вариант 2018

На ТV-диаграмме показан процесс изменения состояния идеального одноатомного газа. Газ получил количество теплоты, равное 50 кДж. Какую работу совершил газ в этом процессе, если его масса не меняется?

ЕГЭ по физике Задание 9

Алгоритм решения:
  1. Анализируем условие задачи и график газового процесса.
  2. Устанавливаем, какой параметр не изменяется.
  3. Определяем работу,
Решение:

1. По условию задачи газ получил 50 кДж теплоты. После этого газ выполнил работу. Процесс, при котором выполнялась работа изображен на графике. Легко видно, что процесс, изображенный на рисунке, является изотермическим.

2. Температура при нем постоянная.

3. В данном случае все полученное количество теплоты уходит на выполнение работы. То есть А = Q. Следовательно, А = 50 кДж

Ответ: 50


Первый вариант задания (Демидова, №1)

На рТ-диаграмме показан процесс изменения состояния 4 моль идеального газа. Внутренняя энергия газа увеличилась на 40 кДж. Какую работу совершил газ в этом процессе?

http://self-edu.ru/htm/2018/ege2018_phis_30/files/1_9.files/image001.jpg

 Алгоритм решения:
  1. Анализируем задание и график, на котором изображен газовый процесс.
  2. Устанавливаем вид процесса.
  3. Определяем работу, которая выполняется в данном случае.
  4. Записываем ответ.
Решение:

1. Из рисунка видно, что давление прямо пропорционально зависит от температуры, т.е. p=αT, Здесь α – некоторый коэффициент. Согласно уравнению Менделеева – Клапейрона имеем:

Отсюда

http://self-edu.ru/htm/2018/ege2018_phis_30/files/1_9.files/image003.gif

2. Значит, процесс изохорный. При нем объем не меняется.

3. Работа газа всегда связана расширением или сжатием газа, чего в данном случае не происходит. Значит, работа при этом не производится. Она равна 0.

Ответ: 0


Второй вариант задания (Демидова, №8)

Кусок алюминия массой 5 кг нагрели от 20 °С до 100 °С. Какое количество теплоты было затрачено на его нагрев?

 Алгоритм решения:
  1. Записываем формулу для определения количества теплоты.
  2. Вычисляем количество теплоты, подставив данный в условии значения величин.
  3. Записываем ответ.
Решение:

1. Количество теплоты Q, которое затрачивается на нагревание куска определяется по формуле: Q=cmΔt.

2. Масса тела по условию равна т=5 кг, теплоемкость алюминия равна с = 900, а разность температур Δt = 1000 -200= 800.

Имеем: Q= 0∙5∙80= 360000Дж =360 кДж.

Ответ: 360


Третий вариант задания (Демидова, №28)

Тепловая машина с КПД 40 % совершает за цикл полезную работу 60 Дж. Какое количество теплоты машина получает за цикл от нагревателя?

 Алгоритм решения:
  1. Записываем формулу КПД для тепловой машины.
  2. Подставляем числовые значения и вычисляем требуемое количество теплоты.
  3. Записываем ответ.
Решение:

1. КПД тепловой машины вычисляется по формуле:

где Q1 – количество теплоты, которое получает тепловая машина от нагревателя; А – полезная работа. По условию A = 60 Дж. А коэффициент полезного действия равен 40%= 0,4. Из формулы получаем:

http://self-edu.ru/htm/ege2017_phis_30/files/28_9.files/image002.gif

Ответ: 150