Задание 8 ЕГЭ по физике

Задание проверяет применение первого закона термодинамики к изменению внутренней энергии газа.

При работе A, совершённой газом, изменение внутренней энергии равно ΔU = Q − A.

Получаем ΔU = 900 Дж − 1500 Дж = −600 Дж, то есть внутренняя энергия уменьшилась на 600 Дж.

Ответ: 600.

Задание проверяет вычисление работы по pV-диаграмме.

Оба процесса представляют собой изобарное сжатие, поэтому работа над газом A = p(Vнач − Vкон).

В процессе 1 → 2 объём уменьшается с 40 до 10 л, а в процессе 3 → 4 — с 50 до 20 л: уменьшение объёма одинаково и равно 30 л.

Следовательно, A₃₄/A₁₂ = p₃₄/p₁₂ = (0,8 · 10⁵ Па)/(0,4 · 10⁵ Па) = 2.

Ответ: 2.

Задание проверяет определение КПД тепловой машины.

КПД равен отношению полезной работы к теплоте, полученной от нагревателя: η = A/Q₁.

Следовательно, A = ηQ₁ = 0,30 · 120 = 36 Дж.

Ответ: 36.

Задание проверяет применение уравнения теплового баланса при плавлении льда.

Поскольку часть льда осталась, конечная температура смеси равна 0 °С.

Теплота, отданная водой при охлаждении, пошла на плавление льда: cmΔt = λmл.

Используем c = 4200 Дж/(кг·°С), λ = 330000 Дж/кг, массу воды m = 1,1 кг и массу растаявшего льда mл = 0,21 кг.

Начальная температура воды t = λmл/(cm) = 330000 · 0,21/(4200 · 1,1) = 15 °С.

Ответ: 15.

Задание проверяет связь КПД тепловой машины с её работой и полученной теплотой.

КПД определяется формулой η = A/Q, поэтому A = ηQ.

Подставляем η = 40 % = 0,4: A = 0,4 · 200 Дж = 80 Дж.

Ответ: 80.

Задание проверяет составление уравнения теплового баланса с учётом нагревания калориметра. Теплота, отданная телом, равна теплоте, полученной водой и железным стаканом: cm(100 − 30) = (cвmв + cжmж)(30 − 23). Используем cв = 4200 Дж/(кг·К), cж = 460 Дж/(кг·К) и массы 0,3 кг, 0,2 кг и 0,1 кг соответственно. Тогда c = (4200 · 0,2 + 460 · 0,1) · 7 / (0,3 · 70) ≈ 295,3 Дж/(кг·К). После округления до целых получаем 295 Дж/(кг·К). Ответ: 295.

Задание проверяет определение удельной теплоты парообразования по графику нагревания. Горизонтальный участок соответствует кипению при постоянной температуре. На этом участке поглощённая теплота увеличивается от 2·10⁵ Дж до 5·10⁵ Дж, поэтому на парообразование затрачено Qпар = 3·10⁵ Дж = 300 кДж. Используем Qпар = Lm: L = 300 кДж / 1,5 кг = 200 кДж/кг. Ответ: 200.

Задание проверяет определение количества теплоты по графику охлаждения. По графику при снижении температуры с 380 К до 320 К тело отдаёт 60 кДж теплоты. Поскольку зависимость линейная, охлаждению на 30 К соответствует Q = 60 · 30/60 = 30 кДж. Ответ: 30 кДж.

Задание проверяет определение КПД тепловой машины. КПД показывает, какая доля полученной от нагревателя теплоты превращается в работу: η = A/Q₁. Подставим данные: η = 16 Дж / 80 Дж = 0,2 = 20 %. Ответ: 20.

Задание проверяет расчёт количества теплоты при охлаждении вещества. Для меди используем удельную теплоёмкость c = 380 Дж/(кг·°C), а количество отданной теплоты находим по формуле Q = cm(t₁ − t₂). Получаем Q = 380·0,4·(80 − 40) = 6080 Дж.

Ответ: 6080.

Задание проверяет расчёт КПД идеального теплового двигателя Карно. Его КПД определяется температурами нагревателя и холодильника: η = (1 − Tх/Tн) · 100%. Температуры подставляют в кельвинах: η = (1 − 300/500) · 100% = 40%. Ответ: 40.

Задание проверяет расчёт КПД двигателя Карно и полученной им теплоты. КПД η = 1 − T₂/T₁ = 1 − 300/400 = 0,25. Поскольку η = A/Q₁, количество теплоты от нагревателя Q₁ = A/η = 16/0,25 = 64 кДж.

Ответ: 64.

Задание проверяет вычисление работы по pV-диаграмме.

Сжатие происходит при постоянном давлении p = 3·10³ Па: объём уменьшается с 0,4 м³ до 0,1 м³.

Работа внешней силы положительна: A = p(V₁ − V₂) = 3·10³·(0,4 − 0,1) = 900 Дж.

Ответ: 900.

Задание проверяет определение КПД тепловой машины. КПД равен отношению работы за цикл к количеству теплоты, полученному от нагревателя: η = A/Q нагр. В процентах η = (40 Дж / 100 Дж) · 100% = 40%. Ответ: 40.

Задание проверяет определение удельной теплоёмкости по графику нагревания.

По графику при увеличении температуры от 273 К до 293 К количество переданной теплоты возрастает от 100 кДж до 136 кДж.

Следовательно, ΔT = 20 К, а Q = 36 кДж = 36 000 Дж.

Из формулы Q = cmΔT получаем c = Q/(mΔT) = 36 000/(2 · 20) = 900 Дж/(кг · К).

Ответ: 900.

Задание проверяет применение первого закона термодинамики.

На графике объём постоянен: V = 5·10⁻³ м³, поэтому работа газа A = 0.

По первому закону термодинамики ΔU = Q − A = 3 кДж − 0 = 3 кДж.

Внутренняя энергия увеличилась на 3 кДж.

Ответ: 3.

Задание проверяет расчёт удельной теплоты парообразования по графику нагревания. Горизонтальный участок соответствует кипению: температура постоянна, а поглощаемая теплота расходуется на парообразование. На этом участке Q = (16 − 4) · 10⁵ Дж = 1200 кДж. По формуле Q = Lm получаем L = Q/m = 1200/6 = 200 кДж/кг. Ответ: 200 кДж/кг.

Задание проверяет применение первого закона термодинамики.

Полученная газом теплота расходуется на увеличение внутренней энергии и совершение работы: Q = ΔU + A.

Работа газа A = Q − ΔU = 300 Дж − 200 Дж = 100 Дж.

Ответ: 100.