РУҚА
24

Решение: Давление смеси аргона и криптона

ЕГЭ · Физика · Задание 24 · Молекулярная физика
ВысокаяФИПИC0FF8EРазвёрнутое решение≈ 10 минутРазбор в 6 шагов
Условие

Два теплоизолированных сосуда, объёмы которых $V_1 = 2V$ и $V_2 = V$, соединены между собой трубкой с вентилем. Вентиль закрыт. Сосуды содержат соответственно разреженный аргон и разреженный криптон в количествах $n_1$ и $n_2 = 2n_1$ при температурах $T_1$ и $T_2 = 2T_1$ соответственно. Каким будет давление в сосудах, если вентиль открыть?

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

6 шагов
1

После открытия вентиля газы перемешаются и установится общая температура $T$. Сосуды теплоизолированы, а их стенки неподвижны, поэтому суммарная внутренняя энергия газов сохраняется.

2

Аргон и криптон являются одноатомными идеальными газами, поэтому внутренняя энергия каждого газа равна $U=\frac{3}{2}nRT$. Запишем закон сохранения энергии:

$$\frac{3}{2}n_1RT_1+\frac{3}{2}n_2RT_2=\frac{3}{2}(n_1+n_2)RT$$
3

Подставим $n_2=2n_1$ и $T_2=2T_1$ и найдём конечную температуру:

$$T=\frac{n_1T_1+n_2T_2}{n_1+n_2}=\frac{n_1T_1+2n_1\cdot2T_1}{3n_1}=\frac{5}{3}T_1$$
4

После открытия вентиля общее количество вещества равно $n_1+n_2=3n_1$, а общий объём сосудов равен $V_1+V_2=3V$. По уравнению состояния идеального газа:

$$p(V_1+V_2)=(n_1+n_2)RT$$
5

Подставим найденные значения:

$$p\cdot3V=3n_1R\cdot\frac{5}{3}T_1$$

Отсюда давление в обоих сосудах после открытия вентиля равно:

$$p=\frac{5n_1RT_1}{3V}$$
Ответ

Давление в обоих сосудах установится одинаковым и будет равно $p=\dfrac{5n_1RT_1}{3V}$.

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

Где здесь ошибаются

Считать конечную температуру равной среднему арифметическому температур.

Не учитывать, что количество криптона в два раза больше количества аргона.

Использовать объём только одного сосуда вместо общего объёма $3V$.

Нарушить закон сохранения энергии, несмотря на теплоизоляцию сосудов.

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 6 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.