24

Решение: Количество теплоты в процессе газа

ЕГЭ · Физика · Задание 24 · Основы термодинамики
ВысокаяФИПИCDD746Развёрнутое решение≈ 15 минутРазбор в 7 шагов
Условие

Один моль одноатомного идеального газа совершает процесс $1\text{–}2\text{–}3$, график которого показан на рисунке в координатах $T$–$V$. Известно, что в процессе $1\text{–}2$ газ совершил работу $2{,}5\ \text{кДж}$, а в процессе $2\text{–}3$ объём газа $V$ увеличился в 3 раза. Какое количество теплоты было сообщено газу в процессе $1\text{–}2\text{–}3$, если его температура $T$ в состоянии 1 равна $300\ \text{К}$?

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

7 шагов
1

На участке $1\text{–}2$ температура постоянна: $T_1=T_2=300\ \text{К}$. Для идеального газа внутренняя энергия зависит только от температуры, поэтому $\Delta U_{12}=0$.

$$\Delta U_{12}=0$$
2

По первому закону термодинамики количество теплоты на участке $1\text{–}2$ равно работе газа.

$$Q_{12}=\Delta U_{12}+A_{12}=2{,}5\ \text{кДж}$$
3

Участок $2\text{–}3$ является прямой, проходящей через начало координат $T$–$V$, поэтому $T/V=\text{const}$. Так как $V_3=3V_2$, температура также увеличивается в 3 раза.

$$T_3=3T_2=900\ \text{К}$$
4

Из уравнения состояния $pV=RT$ и условия $T/V=\text{const}$ следует, что давление на участке $2\text{–}3$ постоянно. Поэтому работа равна площади под графиком в координатах $p$–$V$.

$$A_{23}=p_2(V_3-V_2)=\frac{RT_2}{V_2}(3V_2-V_2)=2RT_2$$
5

Вычислим работу на участке $2\text{–}3$ при $n=1$ моль.

$$A_{23}=2\cdot 8{,}31\cdot 300\approx 4{,}99\ \text{кДж}$$
6

Изменение внутренней энергии одноатомного идеального газа на участке $2\text{–}3$ равно:

$$\Delta U_{23}=\frac{3}{2}R(T_3-T_2)=\frac{3}{2}\cdot 8{,}31\cdot 600\approx 7{,}48\ \text{кДж}$$

Количество теплоты на участке $2\text{–}3$ и за весь процесс:

$$Q_{23}=\Delta U_{23}+A_{23}\approx 7{,}48+4{,}99=12{,}47\ \text{кДж};\quad Q=Q_{12}+Q_{23}\approx 2{,}50+12{,}47=14{,}97\ \text{кДж}$$
Ответ

Количество теплоты, сообщённое газу, составляет примерно $15\ \text{кДж}$.

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

Где здесь ошибаются

Считать участок $2\text{–}3$ изотермическим, хотя на графике температура изменяется.

Не учитывать работу газа на участке $2\text{–}3$.

Использовать формулу для внутренней энергии двухатомного газа вместо $\Delta U=\frac{3}{2}R\Delta T$ для одноатомного газа.

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 7 шагов: 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.