24

Решение: Сравнение изобар идеального газа

ЕГЭ · Физика · Задание 24 · Основы термодинамики
ПовышеннаяФИПИ148A9FРазвёрнутое решение≈ 5 минутРазбор в 4 шага
Условие

На рисунке изображены графики двух процессов, проведённых с идеальным газом при одном и том же давлении. Почему изобара I лежит выше изобары II? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

Иллюстрация к условию

Графики изобар I и II в координатах $T$–$V$. Саму картинку ещё готовим — у остальных задач темы она на месте.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

4 шага
1

Для идеального газа справедливо уравнение Менделеева–Клапейрона.

$$pV = \nu RT$$
2

Так как давление на обеих изобарах одинаково, выразим температуру через объём и количество вещества:

$$T = \frac{p}{\nu R}V$$
3

В координатах $T$–$V$ угловой коэффициент прямой равен $\dfrac{p}{\nu R}$. Давление одинаково для обоих процессов, поэтому более крутая изобара I соответствует меньшему количеству вещества газа.

$$\frac{p}{\nu_I R} > \frac{p}{\nu_{II} R} \Rightarrow \nu_I < \nu_{II}$$

Следовательно, при одном и том же объёме температура газа на изобаре I выше, чем на изобаре II, поэтому график I лежит выше графика II. Изобары различаются из-за различного количества вещества газа; если бы количество вещества было одинаковым, при одинаковом давлении графики совпали бы.

Ответ

Из уравнения $pV = \nu RT$ при постоянном давлении следует $T = \dfrac{p}{\nu R}V$. Наклон изобары в координатах $T$–$V$ равен $\dfrac{p}{\nu R}$. Поскольку изобара I расположена выше и имеет больший наклон, количество вещества газа в процессе I меньше: $\nu_I < \nu_{II}$. Поэтому при одинаковом объёме температура на изобаре I выше.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Утверждение, что изобары различаются давлением, хотя по условию давление одинаково.

Использование зависимости $T \sim V$ без учёта количества вещества газа.

Вывод, что на изобаре I количество вещества больше, хотя больший наклон соответствует меньшему $\nu$.

Закрепить приёмВ теме «Основы термодинамики» ещё 170 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 24 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 4 шага: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Основы термодинамики»: в ней 171 задача, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.