Один моль аргона, находящийся в цилиндре при температуре $T_1 = 600$ К и давлении $p_1 = 4 \cdot 10 в степени 5$ Па, расширяется и одновременно охлаждается так, что его температура при расширении обратно пропорциональна объему. Конечное давление газа $p_2=10 в степени 5$ Па. На какую величину изменилась внутренняя энергия аргона в результате расширения?
💡 Пошаговый разбор и решение:
Изменение внутренней энергии одноатомного идеального газа определяется только изменением температуры газа: $\Delta U = $\frac{3}{2}$ \nu R \Delta T$
Согласно условию, температура газа во время процесса обратно пропорциональна объему, то есть:
$T= \frac{const}{V}$
Таким образом:
$T_1V_1=T_2V_2$
Из уравнения состояния Клапейрона — Менделеева имеем:
$p_1V_1 = \nu R T_1 = сильно V_1 = $\frac{\nu R T_1}{p_1}$ ; \;\; p_2V_2 = \nu R T_2 = сильно V_2 = \frac{\nu R T_2}{p_2}$
Следовательно:
$\frac{T_1 ^2}{p_1} = $\frac{T_2 ^2}{p_2}$ = сильно T_2 = T_1 ( $\frac{p_2}{p_1}$ ) в степени ( 1/2 ) =600К \cdot ( $\frac{10 в степени 5 Па}{4 \cdot 10 в степени 5 Па}$ ) в степени ( 1/2 ) =300К$
Окончательно, для внутренней энергии газа после расширения получаем:
$\Delta U = $\frac{3}{2}$ \cdot 1моль \cdot 8,31Дж/ ( моль \cdot К ) \cdot ( 300К - 600К ) \approx - 3740Дж$ $\Delta U = $\frac{3}{2}$ \cdot 1моль \cdot 8,31Дж/ ( моль \cdot К ) \cdot ( 300К - 600К ) \approx - $
$ - 3740Дж$
Ответ: $\Delta U \approx - 3740Дж$
Согласно условию, температура газа во время процесса обратно пропорциональна объему, то есть:
$T= \frac{const}{V}$
Таким образом:
$T_1V_1=T_2V_2$
Из уравнения состояния Клапейрона — Менделеева имеем:
$p_1V_1 = \nu R T_1 = сильно V_1 = $\frac{\nu R T_1}{p_1}$ ; \;\; p_2V_2 = \nu R T_2 = сильно V_2 = \frac{\nu R T_2}{p_2}$
Следовательно:
$\frac{T_1 ^2}{p_1} = $\frac{T_2 ^2}{p_2}$ = сильно T_2 = T_1 ( $\frac{p_2}{p_1}$ ) в степени ( 1/2 ) =600К \cdot ( $\frac{10 в степени 5 Па}{4 \cdot 10 в степени 5 Па}$ ) в степени ( 1/2 ) =300К$
Окончательно, для внутренней энергии газа после расширения получаем:
$\Delta U = $\frac{3}{2}$ \cdot 1моль \cdot 8,31Дж/ ( моль \cdot К ) \cdot ( 300К - 600К ) \approx - 3740Дж$ $\Delta U = $\frac{3}{2}$ \cdot 1моль \cdot 8,31Дж/ ( моль \cdot К ) \cdot ( 300К - 600К ) \approx - $
$ - 3740Дж$
Ответ: $\Delta U \approx - 3740Дж$
Правильный ответ:
$\Delta U \approx минус 3740Дж$
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 168171 • Задание №20
На сколько изменится внутренняя энергия 500 г воды, взятой при 20 °C, при ее превращении в лед при температуре...
ID 168509 • Задание №24
Установите соответствие между техническими устройствами и физическими явлениями, лежащими в основе их работы. ...
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Приведено полное решение, включающее следующие элементы:
I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: уравнение Менделеева — Клапейрона, первое начало термодинамики и выражение для внутренней энергии газа);
II) описаны все вводимые в решение буквенные обозначения физических величин (за исключением, возможно, обозначений констант, указанных в варианте КИМ, и обозначений, используемых в условии задачи);
III) проведены необходимые математические преобразования (допускается вербальное указание на их проведение) и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины. | 3
Правильно записаны необходимые положения теории и физические законы, закономерности, проведены необходимые преобразования и представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины. Но имеется один из следующих недостатков.
Записи, соответствующие одному или обоим пунктам — II и III, — представлены не в полном объеме или отсутствуют.
ИЛИ
При ПОЛНОМ правильном решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), не отделены от решения (не зачеркнуты, не заключены в скобки, рамку и т. п.).
ИЛИ
При ПОЛНОМ решении в необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не доведены до конца.
ИЛИ
При ПОЛНОМ решении отсутствует пункт IV, или в нем допущена ошибка. | 2
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев. Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа.
ИЛИ
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
ИЛИ
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи (или утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, 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 решение, включающее следующие элементы:
I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: уравнение Менделеева — Клапейрона, первое начало термодинамики и выражение для внутренней энергии газа);
II) описаны все вводимые в решение буквенные обозначения физических величин (за исключением, возможно, обозначений констант, указанных в варианте КИМ, и обозначений, используемых в условии задачи);
III) проведены необходимые математические преобразования (допускается вербальное указание на их проведение) и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины. | 3
Правильно записаны необходимые положения теории и физические законы, закономерности, проведены необходимые преобразования и представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины. Но имеется один из следующих недостатков.
Записи, соответствующие одному или обоим пунктам — II и III, — представлены не в полном объеме или отсутствуют.
ИЛИ
При ПОЛНОМ правильном решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), не отделены от решения (не зачеркнуты, не заключены в скобки, рамку и т. п.).
ИЛИ
При ПОЛНОМ решении в необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не доведены до конца.
ИЛИ
При ПОЛНОМ решении отсутствует пункт IV, или в нем допущена ошибка. | 2
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев. Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа.
ИЛИ
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
ИЛИ
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи (или утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, 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 №24 по предмету Физика:
ID 108096
Сферическую оболочку воздушного шара делают из материала, квадратный метр которого имеет массу ...
ID 108097
Воздушный шар имеет газонепроницаемую оболочку массой 400 кг и наполнен гелием. Какова масса ге...
ID 108098
Теплоизолированный цилиндр разделен подвижным теплопроводным поршнем на две части. В одной част...
ID 108099
[рис.] Воздушный шар, оболочка которого имеет массу M = 145 кг и объем V = 230 м3, наполняе...
ID 108100
[рис.] В вертикальном цилиндрическом сосуде с гладкими стенками под поршнем массой m = 10 кг ...