24

Решение: Количество теплоты при расширении аргона

ЕГЭ · Физика · Задание 24 · Основы термодинамики
ВысокаяФИПИFA180AРазвёрнутое решение≈ 8 минутРазбор в 7 шагов
Условие

Один моль аргона, находящийся в цилиндре при температуре $T_1 = 600\ \text{К}$ и давлении $p_1 = 4 \cdot 10^5\ \text{Па}$, расширяется и одновременно охлаждается так, что его давление при расширении обратно пропорционально квадрату объёма. Конечный объём газа вдвое больше начального. Какое количество теплоты газ отдал при расширении, если при этом он совершил работу $A = 2493\ \text{Дж}$?

Запишите развернутое решение с пояснением применяемых физических законов и формул.

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

Так как давление обратно пропорционально квадрату объёма, можно записать:

$$pV^2 = \text{const}$$
2

При увеличении объёма в два раза конечное давление уменьшается в четыре раза:

$$p_2 = p_1\left(\dfrac{V_1}{V_2}\right)^2 = \dfrac{p_1}{4}$$
3

Из уравнения состояния идеального газа следует:

$$\dfrac{T_2}{T_1} = \dfrac{p_2V_2}{p_1V_1} = \dfrac{1}{4}\cdot 2 = \dfrac{1}{2}$$
4

Конечная температура газа равна:

$$T_2 = \dfrac{T_1}{2} = 300\ \text{К}$$
5

Аргон — одноатомный идеальный газ, поэтому изменение его внутренней энергии равно:

$$\Delta U = \dfrac{3}{2}nR(T_2-T_1) = \dfrac{3}{2}\cdot 1\cdot 8{,}31\cdot(300-600) = -3739{,}5\ \text{Дж}$$
6

По первому закону термодинамики количество теплоты, переданное газу, равно сумме изменения внутренней энергии и работы газа:

$$Q = \Delta U + A = -3739{,}5 + 2493 = -1246{,}5\ \text{Дж}$$

Отрицательный знак означает, что газ отдал окружающей среде теплоту, модуль этого количества равен $1246{,}5\ \text{Дж}$.

Ответ

Газ отдал $1246{,}5\ \text{Дж}$ теплоты, то есть примерно $1{,}25\ \text{кДж}$.

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

Где здесь ошибаются

Считать, что при увеличении объёма в два раза давление уменьшается также в два раза, а не в четыре.

Использовать формулу внутренней энергии двухатомного газа вместо формулы для одноатомного газа.

Забыть, что отрицательное значение $Q$ означает отдачу теплоты газом.

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.