РУҚА
24

Решение: Нагревание гелия в сосуде

ЕГЭ · Физика · Задание 24 · Молекулярная физика
ПовышеннаяФИПИ4DE1A3Развёрнутое решение≈ 10 минутРазбор в 5 шагов
Условие

Сосуд объёмом $V = 10\ \text{л}$ содержит $\nu = 0{,}5\ \text{моль}$ гелия при температуре $t = 17\ ^\circ\text{C}$. Если давление внутри сосуда превысит атмосферное в 9 раз, то сосуд лопнет. Найдите максимальное количество теплоты $Q$, которое можно сообщить гелию, чтобы сосуд не лопнул. Атмосферное давление $p_a = 10^5\ \text{Па}$.

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

5 шагов
1

Сосуд жёсткий, поэтому его объём постоянен. Предельное давление газа равно девятикратному атмосферному давлению:

$$p_2 = 9p_a = 9 \cdot 10^5\ \text{Па}$$
2

Переведём начальную температуру в кельвины:

$$T_1 = t + 273 = 17 + 273 = 290\ \text{К}$$
3

Из уравнения Менделеева–Клапейрона найдём предельную температуру газа:

$$p_2V = \nu RT_2,\qquad T_2 = \frac{p_2V}{\nu R} = \frac{9 \cdot 10^5 \cdot 10^{-2}}{0{,}5 \cdot 8{,}31} \approx 2166\ \text{К}$$
4

Гелий является одноатомным идеальным газом. При постоянном объёме работа газа равна нулю, поэтому сообщённое тепло идёт на изменение внутренней энергии:

$$Q = \Delta U = \nu C_V(T_2 - T_1),\qquad C_V = \frac{3R}{2}$$

Подставим значения:

$$Q = 0{,}5 \cdot \frac{3 \cdot 8{,}31}{2} \cdot (2166 - 290) \approx 1{,}17 \cdot 10^4\ \text{Дж}$$
Ответ

Максимальное количество теплоты: $Q \approx 1{,}2 \cdot 10^4\ \text{Дж}$.

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

Где здесь ошибаются

Используют температуру в градусах Цельсия вместо температуры в кельвинах.

Берут теплоёмкость гелия как для двухатомного газа вместо $C_V = \frac{3R}{2}$.

Учитывают работу газа, хотя сосуд жёсткий и объём постоянен.

Принимают предельное давление равным $10p_a$, хотя условие означает, что давление достигает $9p_a$.

Закрепить приёмВ теме «Молекулярная физика» ещё 217 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 24 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 5 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Молекулярная физика»: в ней 218 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.