РУҚА
24

Решение: Работа газа при адиабатном расширении

ЕГЭ · Физика · Задание 24 · Давление и плавание тел
ВысокаяФИПИ63AF96Развёрнутое решение≈ 10 минутРазбор в 5 шагов
Условие

Гелий в количестве $\nu = 3\ \text{моль}$ изобарно сжимают, совершая работу $A_1 = 2{,}4\ \text{кДж}$. При этом температура гелия уменьшается в 4 раза: $T_2 = \dfrac{T_1}{4}$. Затем газ адиабатически расширяется, при этом его температура изменяется до значения $T_3 = \dfrac{T_1}{8}$. Найдите работу газа $A_2$ при адиабатном расширении. Количество вещества в процессах остаётся неизменным.

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

Гелий является одноатомным идеальным газом. При изобарном сжатии работа, совершённая внешними силами, равна уменьшению работы газа по модулю:

$$A_1 = p(V_1 - V_2) = \nu R(T_1 - T_2)$$
2

С учётом соотношения $T_2 = \dfrac{T_1}{4}$ получаем:

$$2{,}4 = \nu R\left(T_1 - \frac{T_1}{4}\right) = \frac{3}{4}\nu RT_1$$
3

Следовательно, произведение $\nu RT_1$ равно:

$$\nu RT_1 = \frac{4}{3}A_1 = \frac{4}{3}\cdot 2{,}4 = 3{,}2\ \text{кДж}$$
4

При адиабатном расширении $Q=0$. По первому закону термодинамики работа газа равна уменьшению его внутренней энергии:

$$A_2 = \nu C_V(T_2-T_3)$$

Для одноатомного газа $C_V = \dfrac{3R}{2}$, а $T_2-T_3 = \dfrac{T_1}{4}-\dfrac{T_1}{8}=\dfrac{T_1}{8}$. Поэтому:

$$A_2 = \nu\frac{3R}{2}\cdot\frac{T_1}{8} = \frac{3}{16}\nu RT_1 = \frac{3}{16}\cdot 3{,}2 = 0{,}6\ \text{кДж}$$
Ответ

Работа газа при адиабатном расширении равна $A_2 = 0{,}6\ \text{кДж}$.

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

Где здесь ошибаются

Используют работу газа при сжатии вместо работы внешних сил и получают неверный знак.

Берут теплоёмкость двухатомного газа вместо $C_V = \dfrac{3R}{2}$.

Считают работу при адиабатном процессе равной нулю, путая адиабатность с отсутствием работы.

Закрепить приёмВ теме «Давление и плавание тел» ещё 95 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 «Давление и плавание тел»: в ней 96 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.