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  они обладают ещё и потенциальной энергией. Кинетическая и потенциальная энергия молекул, из которых состоит газ, в сумме составляют внутреннюю энергию газа U.

Внутренняя энергия газа может быть рассчитана по формуле:

где ν – кол-во вещество, измеряемое в молях; R – универсальная газовая постоянная (R=8,31 Дж/(моль·К)); T – температура газа.

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. Записываем уравнение 1-го закона термодинамики.
  2. Записываем формулу для расчета внутр.энергии. Находим ее значение.
  3. Определяем работу,
Решение:

1. По условию задачи газ получил 50 кДж теплоты. После этого газ выполнил работу.По 1-му закону термодинамики Q=A+∆U (1)

2. ∆U можно найти из уравнения: ∆𝑈=3/2 𝜈𝑅∆𝑇, поскольку на графике представлена зависимость объема от температуры. Видно, что процесс, изображенный на рисунке, является изотермическим, т.е. Т12. А это в свою очередь означает, что ∆Т=Т2–Т1=0 и, следовательно, ∆U=0.

3. Получаем из (1): A=Q=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 приведенные 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 Дж/(кг·0С), а разность температур Δt = 1000 -200= 800.

Имеем: Q= 900∙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

image_pdfСкачать PDFimage_printРаспечатать

Даниил Романович

Автор статей и модератор разделов сайта.