Решения заданий ФИПИ ЕГЭ по физике: «Тепловые процессы и машины» — с ответами

Нагревание и плавление вещества

Твёрдый образец вещества нагревали в печи. По мере поглощения количества теплоты $Q$ температура образца $t$ росла в соответствии с графиком. Выберите из предложенного перечня все верные…

1. 1
   На участке 1–2 температура постоянна и равна $961\ ^\circ\mathrm{C}$. Это означает, что происходит плавление вещества.$$t_{\text{пл}}=961\ ^\circ\mathrm{C}$$
2. 2
   В точке 2 горизонтальный участок заканчивается, поэтому плавление завершено. Утверждения 1 и 2 верны.

Ещё 3 шага — в полном решении

Графики охлаждения тел

На рисунке представлены графики зависимости температуры $t$ двух тел одинаковой массы от отданного ими при остывании количества теплоты $Q$. Первоначально тела находились в жидком агрегатном…

1. 1
   Температуры плавления тел определяются уровнями горизонтальных участков графиков. У второго тела этот уровень в 1,5 раза выше уровня первого тела.$$t_{\text{пл},2}=1{,}5t_{\text{пл},1}$$
2. 2
   Длина горизонтального участка пропорциональна количеству теплоты, выделившемуся при кристаллизации: $Q=m\lambda$. По графику утверждение о двукратном уменьшении удельной теплоты плавления второго тела неверно.

Ещё 2 шага — в полном решении

Анализ графиков нагревания тел

На рисунке представлены графики зависимости температуры $t$ двух тел одинаковой массы от сообщённого количества теплоты $Q$. Каждое тело находится в сосуде под поршнем. Первоначально тела находились…

1. 1
   Температура кипения определяется уровнем горизонтального участка графика. У первого тела этот уровень выше, поэтому утверждение 1 неверно.$$t_{\text{кип},1}>t_{\text{кип},2}$$
2. 2
   На участке нагревания жидкости наклон графика $t(Q)$ обратно пропорционален удельной теплоёмкости. График первого тела имеет больший наклон, значит его удельная теплоёмкость меньше. Поэтому удельные теплоёмкости тел не равны, а…$$\frac{\Delta t}{\Delta Q}=\frac{1}{mc}$$

Ещё 2 шага — в полном решении

Плавление свинца

Какое количество теплоты необходимо для того, чтобы расплавить 2 кг свинца, взятого при температуре плавления?

1. 1
   Свинец взят при температуре плавления, поэтому теплота расходуется только на его плавление.$$Q = \lambda m$$
2. 2
   Подставим удельную теплоту плавления свинца и массу:$$Q = 25\ \text{кДж/кг} \cdot 2\ \text{кг} = 50\ \text{кДж}$$

Кипение воды в кастрюле

Стальную кастрюлю, наполовину наполненную водой и закрытую лёгкой крышкой, поставили на огонь, воду в ней довели до кипения и кипятили в течение некоторого времени. Атмосферное давление в помещении…

1. 1
   До достижения температуры кипения вода нагревается. При повышении температуры увеличивается давление насыщенного водяного пара, поэтому утверждение 3 верно.$$p_{\text{нас}}=p_{\text{нас}}(T),\quad \frac{dp_{\text{нас}}}{dT}>0$$
2. 2
   Во время кипения при постоянном атмосферном давлении температура воды остаётся постоянной: подводимая теплота расходуется на парообразование. Поэтому утверждение 2 неверно.

Ещё 3 шага — в полном решении

Графики нагревания тел

На рисунке представлены графики зависимости температуры $t$ двух тел одинаковой массы от сообщённого им количества теплоты $Q$. Первоначально тела находились в твёрдом агрегатном состоянии…

1. 1
   Температура плавления определяется уровнем горизонтального участка графика. Для первого тела этот уровень в 2 раза ниже уровня плавления второго тела.$$t_{\text{пл},1}=\dfrac{1}{2}t_{\text{пл},2}$$
2. 2
   Количество теплоты, затраченное на плавление, определяется длиной горизонтального участка по оси $Q$. Горизонтальные участки для обоих тел имеют одинаковую длину. Так как массы тел одинаковы, их удельные теплоты плавления одинаковы.$$Q_{\text{пл}}=m\lambda,\quad \lambda_1=\lambda_2$$

Ещё 2 шага — в полном решении

Нагревание и плавление вещества

Твёрдый образец вещества нагревают в печи. По мере поглощения количества теплоты $Q$ температура образца $t$ растёт в соответствии с графиком. Выберите все утверждения, которые соответствуют…

1. 1
   Участок 1–2 является горизонтальным: при постоянной температуре вещество поглощает теплоту и плавится.$$t_{\text{плавл}}=1535\,^{\circ}\mathrm{C}$$
2. 2
   В точке 2 горизонтальный участок заканчивается, поэтому вещество полностью расплавилось. Утверждение 1 верно.$$Q_{\text{плавл}}=Q_2-Q_1$$

Ещё 4 шага — в полном решении

Нагревание и плавление вещества

Твёрдый образец вещества нагревают в печи. По мере поглощения количества теплоты $Q$ температура образца $t$ растёт в соответствии с графиком.

1. 1
   На участке $1$–$2$ температура постоянна и равна $40\ ^\circ\mathrm{C}$, поэтому этот участок соответствует плавлению вещества. Температура плавления равна $40\ ^\circ\mathrm{C}$, а не $80\ ^\circ\mathrm{C}$.$$t_{\text{пл}}=40\ ^\circ\mathrm{C}$$
2. 2
   Плавление начинается при $Q=40\ \mathrm{Дж}$ и заканчивается при $Q=80\ \mathrm{Дж}$. В состоянии 2 вещество полностью расплавилось.$$Q_{\text{пл}}=80-40=40\ \mathrm{Дж}$$

Ещё 2 шага — в полном решении

Плавление образца по графику

Твёрдый образец медленно нагревается в плавильной печи так, что подводимая к нему тепловая мощность постоянна. В таблице приведены результаты измерений температуры образца с течением времени.

1. 1
   С 15-й по 25-ю минуту температура образца не изменяется и равна $327\ ^\circ\mathrm{C}$. Постоянная температура при подводе теплоты означает, что образец плавится.$$T_\text{пл}=327\ ^\circ\mathrm{C}$$
2. 2
   В момент 18 мин образец находится внутри интервала плавления от 15 до 25 мин, поэтому он частично расплавился.

Ещё 2 шага — в полном решении

Анализ графиков нагревания тел

На рисунке представлены графики зависимости температуры $t$ двух тел одинаковой массы от сообщённого им количества теплоты $Q$. Первоначально тела находились в твёрдом агрегатном состоянии…

1. 1
   На наклонных участках тела нагреваются. При одинаковой массе наклон графика $t(Q)$ обратно пропорционален удельной теплоёмкости: $\frac{\Delta t}{\Delta Q} = \frac{1}{mc}$.
2. 2
   Наклоны графиков на участках нагревания в твёрдом и жидком состояниях различаются, поэтому утверждения об одинаковых удельных теплоёмкостях неверны.

Ещё 2 шага — в полном решении

Графики нагревания тел

На рисунке представлены графики зависимости температуры $t$ двух тел одинаковой массой от сообщённого им количества теплоты $Q$. Каждое тело находится в сосуде под поршнем. Первоначально тела…

1. 1
   Во время кипения температура тела постоянна, поэтому горизонтальные участки графиков соответствуют температурам кипения. Для первого тела этот уровень в 2 раза ниже уровня второго тела.$$t_{\text{кип},1}=\frac{1}{2}t_{\text{кип},2}$$
2. 2
   На участке нагревания жидкости справедливо $Q=mc\Delta t$. При одинаковых массах наклон графика $t(Q)$ обратно пропорционален удельной теплоёмкости.$$\frac{\Delta t}{\Delta Q}=\frac{1}{mc}$$

Ещё 2 шага — в полном решении

Изменение КПД цикла Карно

Тепловая машина работает по циклу Карно. Температуру холодильника тепловой машины повысили, оставив температуру нагревателя прежней. Количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл, не…

1. 1
   КПД цикла Карно определяется температурами нагревателя и холодильника.$$\eta = 1 - \dfrac{T_\text{хол}}{T_\text{наг}}$$
2. 2
   Температура холодильника увеличилась, а температура нагревателя осталась прежней, поэтому отношение $\dfrac{T_\text{хол}}{T_\text{наг}}$ увеличилось, а КПД уменьшился.

Ещё 1 шаг — в полном решении

Изменение параметров насыщенного пара

В цилиндре под поршнем находятся жидкость и её насыщенный пар. Как изменятся давление и концентрация молекул пара при медленном перемещении поршня вниз, если температура останется неизменной? В…

1. 1
   В цилиндре присутствует жидкость, поэтому пар является насыщенным. При неизменной температуре давление насыщенного пара не зависит от объёма.$$p_{\text{нас}}=p_{\text{нас}}(T)$$
2. 2
   Концентрация молекул насыщенного пара также определяется только температурой. Поэтому при постоянной температуре она не изменяется.$$n=\frac{N}{V}=\text{const}$$

Ещё 1 шаг — в полном решении

Изменение параметров цикла Карно

В тепловом двигателе, работающем по циклу Карно, температуру нагревателя понизили. Температура холодильника и количество теплоты, отданное рабочим телом холодильнику за цикл, остались прежними. Как…

1. 1
   КПД идеального теплового двигателя, работающего по циклу Карно, определяется температурами нагревателя и холодильника.$$\eta = 1 - \dfrac{T_\text{х}}{T_\text{н}}$$
2. 2
   Температура холодильника постоянна, а температура нагревателя уменьшается. Поэтому отношение $\dfrac{T_\text{х}}{T_\text{н}}$ увеличивается, и КПД двигателя уменьшается.

Ещё 2 шага — в полном решении

Изменение параметров машины Карно

Температуру нагревателя тепловой машины Карно повысили, оставив температуру холодильника прежней. Количество теплоты, отданное газом холодильнику за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД…

1. 1
   КПД цикла Карно определяется температурами нагревателя и холодильника:$$\eta = 1 - \frac{T_\text{х}}{T_\text{н}}$$
2. 2
   При постоянной температуре холодильника $T_\text{х}$ и увеличении температуры нагревателя $T_\text{н}$ дробь $\dfrac{T_\text{х}}{T_\text{н}}$ уменьшается, поэтому КПД увеличивается.

Ещё 1 шаг — в полном решении

Изменение параметров машины Карно

Температуру нагревателя тепловой машины Карно понизили, оставив температуру холодильника прежней. Количество теплоты, отданное газом холодильнику за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД…

1. 1
   КПД машины Карно определяется температурами нагревателя и холодильника. При неизменной температуре холодильника понижение температуры нагревателя приводит к уменьшению КПД.$$\eta = 1 - \dfrac{T_\text{х}}{T_\text{н}}$$
2. 2
   Для тепловой машины $Q_\text{х} = (1-\eta)Q_\text{н}$. Поскольку $Q_\text{х}$ не изменилось, при уменьшении $\eta$ уменьшается и работа газа за цикл:$$A = Q_\text{н} - Q_\text{х} = \dfrac{\eta}{1-\eta}Q_\text{х}$$

Ещё 1 шаг — в полном решении

Изменение параметров цикла Карно

Температуру нагревателя идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно, понизили, оставив температуру холодильника прежней. Количество теплоты, отданное рабочим телом холодильнику за цикл, не…

1. 1
   Для цикла Карно отношение количеств теплоты равно отношению абсолютных температур.$$\dfrac{Q_\text{х}}{Q_\text{н}} = \dfrac{T_\text{х}}{T_\text{н}}$$
2. 2
   Температура холодильника и количество теплоты $Q_\text{х}$ не изменяются. При понижении температуры нагревателя $T_\text{н}$ отношение $\dfrac{T_\text{х}}{T_\text{н}}$ увеличивается, поэтому КПД уменьшается.$$\eta = 1 - \dfrac{T_\text{х}}{T_\text{н}}$$

Ещё 1 шаг — в полном решении

Нагревание и конденсация эфира

В начальный момент в сосуде под лёгким поршнем находится только жидкий эфир. На графике схематично представлена зависимость температуры $t$ эфира от времени $\tau$ его нагревания и последующего…

1. 1
   На участке $BC$ температура постоянна и равна $40\ ^\circ\mathrm{C}$, хотя эфир продолжает получать энергию. Это соответствует кипению, поэтому температура кипения эфира равна $40\ ^\circ\mathrm{C}$.$$t_{\text{кип}}=40\ ^\circ\mathrm{C}$$
2. 2
   В точке $C$ кипение заканчивается: весь жидкий эфир уже испарился. Поэтому утверждение 4 неверно.

Ещё 3 шага — в полном решении

Процессы на графике охлаждения

В цилиндре под поршнем первоначально находилось твёрдое вещество. Цилиндр сначала нагревали в печи, а затем он охлаждался. На рисунке показан график изменения температуры $t$ вещества с течением…

1. 1
   После достижения максимальной температуры вещество начинает охлаждаться. На участке $FG$ температура уменьшается от высокой температуры, соответствующей пару.$$FG \rightarrow 4$$
2. 2
   На участке $HK$ температура также уменьшается, но после конденсации вещество находится в жидком состоянии, поэтому происходит охлаждение жидкости.$$HK \rightarrow 3$$

Процессы на графике нагревания

В цилиндре под поршнем находилось твёрдое вещество. Цилиндр поместили в горячую печь, а через некоторое время стали охлаждать. На графике схематично показано изменение температуры вещества с…

1. 1
   На участке CD температура повышается после завершения плавления, поэтому вещество находится в жидком состоянии и нагревается.
2. 2
   На участке EF температура повышается после участка кипения, поэтому нагревается образовавшийся пар.

Ещё 1 шаг — в полном решении