Задание №12 ЕГЭ по физике

молекулярно-кинетическая теория
Первичный бал: 1 Сложность (от 1 до 3): 1 Среднее время выполнения: 1 мин.

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

Задание ЕГЭ-Ф-ДВ2023-10

В жёстком герметичном сосуде объёмом 1 м3 при температуре 289 К длительное время находился влажный воздух и 10 г воды. Сосуд медленно нагрели до температуры 298 К. Пользуясь таблицей плотности насыщенных паров воды, выберите все верные утверждения о результатах этого опыта.
  1. При температуре 23°С влажность воздуха в сосуде была равна 48,5%.
  2. В течение всего опыта в сосуде находилась вода в жидком состоянии.
  3. Так как объём сосуда не изменялся, давление влажного воздуха увеличивалось пропорционально его температуре.
  4. В начальном состоянии при температуре 289 К пар в сосуде был насыщенный.
  5. Парциальное давление сухого воздуха в сосуде не изменялось.

Алгоритм решения:

  1. Проверить истинность утверждения 1. Для этого необходимо определить влажность воздуха в сосуде при температуре 23°С и сравнить ее с предложенным значением.
  2. Проверить истинность утверждения 2. Для этого необходимо установить, испарилась ли вся вода к концу опыту, или часть ее осталась жидкой.
  3. Проверить истинность утверждения 3. Для этого необходимо записать формулу, отображающую зависимость между давлением насыщенного пара, его объемом, плотностью и температурой.
  4. Проверить истинность утверждения 4. Для этого нужно определить влажность воздуха в начале опыта.
  5. Проверить истинность утверждения 5. Для этого необходимо установить, как изменялось парциальное давление сухого воздуха в течение всего опыта.
  6. Записать ответ в виде последовательности цифр, не разделенных знаками препинания и пробелами.

Решение:

Проверяем истинность утверждения 1, согласно которому при температуре 23°С влажность воздуха в сосуде была равна 48,5%. Чтобы доказать или опровергнуть утверждение, поразмыслим о том, что происходило в сосуде все это время.

Сосуд изначально длительное время находился при температуре 289 К, что соответствует 16 градусам Цельсия. При этом внутри него был влажный воздух и вода массой 10 г. Так как количество воды не менялось, делаем вывод, что система находилась в динамическом равновесии — количество испаренных молекул было равно количеству молекул, вернувшихся в жидкость. Значит, изначально в сосуде пар был насыщенным.

Плотность насыщенных паров при 16 °С равна 1,36∙10–2 кг/м3. Это значит, что влажный воздух содержал 13,6 грамм испаренной воды. Еще 10 грамм оставались в сосуде в жидком состоянии.

Когда сосуд начали медленно нагревать, постепенно начала испаряться вода. При этом количество воды уменьшалось, а пар все равно оставался насыщенным до тех пор, пока не испарилась вся вода. Необходимо проверить, испарилась ли она в момент, когда температура достигла 23°С. Плотность насыщенных паров в это время была равна 2,06∙10–2 кг/м3. Значит, влажный воздух содержал 20,6 грамм испаренной воды. Это всего на 7 грамм больше по сравнению с начальным моментом времени. Значит, вода еще испарилась не полностью — в количестве 3 грамм она находилась в жидком состоянии. Следовательно, при температуре 23°С влажность воздуха была равна 100%. Утверждение 1 неверно.

Проверяем истинность утверждения 2, согласно которому в течение всего опыта в сосуде находилась вода в жидком состоянии. Чтобы проверить это, нужно понять, испарилась ли вся вода к концу опыта, или нет. Плотность насыщенного пара в конце опыта, когда температуры была равна 25°С, составляла 2,3∙10–2 кг/м3. Значит, влажный воздух содержал 23 грамма воды. Изначально в нем было 13,6 грамм. Значит, испарилось еще 9,4 грамма. А 0,6 грамма воды остались в сосуде жидкими. Следовательно, утверждение 2 верно.

Проверяем истинность утверждения 3, согласно которому давление влажного воздуха увеличивалось пропорционально его температуре, так как объем сосуда не изменялся.

Применим уравнение состояния идеального газа:

Перенесем давление в правую часть уравнения:

Отношение массы к объему есть плотность. Следовательно:

С нагреванием сосуда увеличивается не только температура, но и плотность насыщенного пара. А потому давление влажного воздуха увеличивалось пропорционально произведению плотности насыщенных паров на температуру. Следовательно, утверждение 3 неверно.

Проверяем истинность утверждения 4, согласно которому в начальном состоянии при температуре 289 К пар в сосуде был насыщенный. Проверяя утверждение 1, мы уже пришли к этому выводу. Следовательно, утверждение 4 верно.

Проверяем истинность утверждения 5, согласно которому парциальное давление сухого воздуха в сосуде не изменялось. Это неверно, так как при постоянном объеме и постоянной массе с увеличением температуры давление увеличивается.

Следовательно, ответом является последовательность цифр 24.

Ответ: 24

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF22749

Одноатомный идеальный газ в количестве ν моль помещают в открытый сверху сосуд под лёгкий подвижный поршень и начинают нагревать. Начальный объём газа V0, давление p0. Масса газа в сосуде остаётся неизменной. Трением между поршнем и стенками сосуда пренебречь. R универсальная газовая постоянная.

Установите соответствие между физическими величинами, характеризующими газ, и формулами, выражающими их зависимость от абсолютной температуры T газа в условиях данной задачи.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.


Алгоритм решения

1.Записать уравнение состояния идеального газа и выразить из него объем. Выбрать из таблицы соответствующий номер формулы.
2.Определить, от чего зависит внутренняя энергия идеального газа.
3.Записать основное уравнение МКТ и выразить внутреннюю энергию идеального газа. Выбрать из таблицы соответствующий номер формулы.

Решение

Уравнение состояния идеального газа имеет вид:

pV=mM..RT

Учтем, что отношение массы к молярной массе есть количество вещества.Отсюда объем равен:

V=νRTp..

Следовательно, первой цифрой ответа будет «1».

Внутренняя энергия идеального газа равна сумме кинетических энергий всех молекул этого газа:

E=NEk

Запишем основное уравнение МКТ:

p=nkT

Отсюда температура газа равна:

T=pnk..

Но температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии молекул газа:

T=2Ek3k..

Следовательно:

pnk..=2Ek3k..

Ek=3p2n..

E=NEk=N3p2n..

Но концентрация определяется отношением количества молекул к объему. Следовательно:

E=N3pV2N..=3pV2..

А произведение давления на объем можно выразить через уравнение Менделеева — Клапейрона. Следовательно:

E=32..νRT

Вторая цифра ответа будет «3».

Ответ: 13

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF17664

Зависимость объёма идеального газа от температуры показана на -диаграмме (см. рисунок). В какой из точек давление газа максимально? Масса газа постоянна.

Ответ:

A

B

C

D


Алгоритм решения

1.Записать уравнение состояния идеального газа.
2.Установить, как зависит давление от объема и температуры газа.
3.На основании графика, отображающего изменение температуры и объема газа, установить, в какой точке давление газа максимально.

Решение

Запишем уравнение состояния идеального газа:

pV=νRT

Отсюда видно, что давление прямо пропорционально температуре. Это значит, что с ростом температуры давление увеличивается.

Также видно, что давление обратно пропорционально объему. Следовательно, давление увеличивается с уменьшением объема.

Отсюда следует, что давление будет максимальным в той точке, в которой температура максимальна, а объем минимален. Такой точкой является точка D.

Ответ: D

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF18873

В сосуде неизменного объёма при комнатной температуре находилась смесь неона и аргона, по 1 моль каждого. Половину содержимого сосуда выпустили, а затем добавили в сосуд 1 моль аргона. Как изменились в результате парциальное давление неона и давление смеси газов, если температура газов в сосуде поддерживалась неизменной?

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.


Алгоритм решения

1.Записать исходные данные.
2.Установить характер изменения парциального давления неона.
3.Применить закон Менделеева — Клапейрона, чтобы установить характер изменения общего давления смеси газов.

Решение

Исходные данные:

 Количество неона: ν1 = 1 моль.
 Количество аргона: ν2 = 1 моль.
 Количество впущенного аргона: ν4 = 1 моль.

Сначала парциальное давление неона и аргона равно. Это объясняется тем, что давление газов при неизменном количестве вещества зависит только от объема и температуры. Эти величины постоянны.

Когда из сосуда выпустили половину газовой смеси, в нем оказалось по половине моля каждого из газов. Затем в сосуд впустили 1 моль аргона. Следовательно, в сосуде стало содержаться 0,5 моль неона и 1,5 моль аргона. Запишем уравнение Менделеева — Клапейрона:

pV=νRT

Из уравнения видно, что давление и количество вещества — прямо пропорциональные величины. Следовательно, если количество неона уменьшилось, то его парциальное давление тоже уменьшилось.

Общая сумма количества вещества равна сумме количеств вещества 1 (неона) и 2 (аргона): 0,5 + 1,5 = 2 (моль). Изначально в сосуде тоже содержалось 2 моль газа. Так как количество вещества, температура и объем сохранились, давление тоже осталось неизменным.

Ответ: 23

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF17701

На рисунке изображён график зависимости температуры тела от подводимого к нему количества теплоты. Удельная теплоёмкость вещества этого тела равна 500 Дж/(кг⋅К). Чему равна масса тела?

Ответ:

а) 1 кг

б) 2 кг

в) 3 кг

г) 4 кг


Алгоритм решения

1.Записать исходные данные и перевести единицы измерения величин в СИ.
2.По графику определить начальную температуру вещества.
3.Выбрать любую точку графика для определения количества теплоты и конечной температуры вещества.
4.Записать количество теплоты, которое получает тело при нагревании.
5.Выполнить решение в общем виде.
6.Вычислить массу, подставив данные, полученные из графика.

Решение

Запишем исходные данные и те данные, что получится выделить из графика:

 Удельная теплоемкость вещества: c = 500 Дж/(кг∙К).
 Начальная температура вещества: t0 = 320 К.
 Конечная температура вещества: t = 380 К.
 Количество полученной теплоты: Q = 60 кДж.

60 кДж = 60∙103 Дж

Количество теплоты вычисляется по формуле:

Q=cm(tt0)

Отсюда масса вещества равна:

m=Qc(tt0)..=60·103500(380320)..=2 (кг)

Ответ: б

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF18295

Температура нагревателя идеального теплового двигателя, работающего по циклу Карно, равна T1, а температура холодильника равна T2. За цикл двигатель получает от нагревателя количество теплоты Q1. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.


Алгоритм решения

1.Определить, от чего зависит КПД двигателя. Выбрать верную формулу.
2.Определить, как вычисляется работа, совершаемая за цикл. Выбрать верную формулу.

Решение

КПД двигателя определяется отношением разности температур нагревателя и холодильника к температуре нагревателя:

η=T1T2T1..=1T2T1..

Верный ответ для «А» — 1.

Работа, совершаемая за цикл, определяется произведением КПД на количество теплоты, полученного от нагревателя:

A=Qη=Q(T1T2T1..)

Верный ответ для «Б» — 2.

.

Ответ: 12

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор


👀 6.9k