[рис.] В цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится идеальный газ (см. рис.). Давление и температура в сосуде измеряются при помощи U-образного манометра с вертикальными коленами, в который налита жидкость, и спиртового термометра. Стенки сосуда и поршень теплоизолированы, теплообменом газа с манометром можно пренебречь, а термометр обладает очень малой теплоемкостью. В исходном состоянии поршень неподвижен, газ находится в термодинамическом = весии. Поршень начинают медленно перемещать в направлении, показанном стрелкой. Как при этом будут изменяться показания манометра и термометра? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.
💡 Пошаговый разбор и решение:
1. При перемещении поршня вправо объем V газа увеличивается. Поэтому газ совершает положительную работу: $\Delta A больше 0$ Согласно условию, газ практически не обменивается теплотой с окружающими его телами, и расширение происходит очень медленно. Поэтому процесс расширения газа можно считать = весным и адиабатическим: $\Delta Q = 0$
2. В соответствии с первым законом термодинамики, примененным для данного адиабатического процесса, $\Delta Q = \Delta U + \Delta A = 0$ Отсюда изменение внутренней энергии газа $\Delta U = –\Delta A меньше 0$
3. Внутренняя энергия $v$ молей идеального газа, обладающего молярной теплоемкостью $c_V$ в = весном состоянии равна $U = c_V \nu T$ где T — абсолютная температура газа. Поэтому $\Delta U = c_V \nu \Delta T меньше 0$ то есть $\Delta T$ отрицательно. Следовательно, температура газа уменьшается, и столбик спирта в термометре будет опускаться.
4. Согласно уравнению Менделеева — Клапейрона, давление газа в = весном состоянии = $p = \frac{\nu RT}{V}$ Поскольку объем газа увеличивается, а его температура уменьшается, давление газа будет уменьшаться. Следовательно, разность высот столбиков жидкости в коленах манометра будет уменьшаться — в левой трубке столбик жидкости будет опускаться, а в правой — подниматься.
2. В соответствии с первым законом термодинамики, примененным для данного адиабатического процесса, $\Delta Q = \Delta U + \Delta A = 0$ Отсюда изменение внутренней энергии газа $\Delta U = –\Delta A меньше 0$
3. Внутренняя энергия $v$ молей идеального газа, обладающего молярной теплоемкостью $c_V$ в = весном состоянии равна $U = c_V \nu T$ где T — абсолютная температура газа. Поэтому $\Delta U = c_V \nu \Delta T меньше 0$ то есть $\Delta T$ отрицательно. Следовательно, температура газа уменьшается, и столбик спирта в термометре будет опускаться.
4. Согласно уравнению Менделеева — Клапейрона, давление газа в = весном состоянии = $p = \frac{\nu RT}{V}$ Поскольку объем газа увеличивается, а его температура уменьшается, давление газа будет уменьшаться. Следовательно, разность высот столбиков жидкости в коленах манометра будет уменьшаться — в левой трубке столбик жидкости будет опускаться, а в правой — подниматься.
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 103788 • Задание №6
Спутник массой m обращается вокруг Земли по круговой орбите, высота которой над поверхностью планеты равна h. ...
ID 106242 • Задание №15
Частица массой m, несущая заряд q, движется в однородном магнитном поле с индукцией В по окружности радиусом R...
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ (в данном случае: изменение показаний манометра и термометра, п. 3 и п. 4) и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: определение знака работы газа, указание на адиабатичность процесса, первый закон термодинамики, выражение для внутренней энергии идеального газа, уравнение Менделеева — Клапейрона).
| 3
Дан правильный ответ и приведено объяснение, но в решении имеется один или несколько из следующих недостатков.
В объяснении не указано или не используется одно из физических явлений, свойств, определений или один из законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим законом, свойством, явлением, определением и т. п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но в них содержится один логический недочет.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачеркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для полного верного объяснения.
| 2
Представлено решение, соответствующее одному из следующих случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, но в нем не указаны два явления или физических закона, необходимых для полного верного объяснения.
(ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
(ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к ответу, содержат ошибки.
(ИЛИ)
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на решение задачи.
| 1
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. | 0
Максимальный балл | 3
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ (в данном случае: изменение показаний манометра и термометра, п. 3 и п. 4) и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: определение знака работы газа, указание на адиабатичность процесса, первый закон термодинамики, выражение для внутренней энергии идеального газа, уравнение Менделеева — Клапейрона).
| 3
Дан правильный ответ и приведено объяснение, но в решении имеется один или несколько из следующих недостатков.
В объяснении не указано или не используется одно из физических явлений, свойств, определений или один из законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим законом, свойством, явлением, определением и т. п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но в них содержится один логический недочет.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачеркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для полного верного объяснения.
| 2
Представлено решение, соответствующее одному из следующих случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, но в нем не указаны два явления или физических закона, необходимых для полного верного объяснения.
(ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
(ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к ответу, содержат ошибки.
(ИЛИ)
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на решение задачи.
| 1
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. | 0
Максимальный балл | 3
🔗 Другие задания линии №21 по предмету Физика:
ID 107284
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 23 °C на стенке стакана с хол...
ID 107285
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате $25 градусовС$ на стенке стак...
ID 107286
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 29 °C на стенке стакана с хол...
ID 107287
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате $25 градусов С$ на стенке ста...
ID 107288
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате $29 градусовС$ на стенке стак...