Сжатие, расширение

В вертикальном цилиндре, закрытом поршнем, находится некоторое количество идеального газа, молярная теплоёмкость которого при постоянном объёме в условиях этой задачи равна . Конструктивные особенности цилиндра таковы, что поршень может удерживаться неподвижно специальными защёлками в двух положениях и , при этом в положении объём газа под поршнем на больше, чем в положении .

Сначала поршень находится в положении , температура газа в цилиндре равна температуре окружающей среды. Поршень быстро (так что теплообмен с окружающей средой не успевает произойти) сдвигают в положение , в котором поршень фиксируется защёлками. После этого в течение некоторого времени происходит выравнивание температур газа и окружающей среды, а по окончании этого процесса поршень также быстро, как при сжатии газа, возвращается в положение , в котором он опять фиксируется защёлками, после чего некоторое время происходит теплообмен с окружающей средой и выравнивание температур. В итоге газ под поршнем возвращается в исходное состояние: его температура и объём становятся такие же, как в начале процесса.

Эта последовательность (иначе говоря, цикл) процессов, которые предлагается считать квазистатическими, повторяется многократно. Температуру окружающей среды можно считать почти постоянной в течение одного цикла.

А) Охладится или нагреется воздух, окружающий цилиндр, после многократного повторения описанного цикла?

Б) Для одного цикла определите отношение абсолютной величины работы, совершённой газом, к количеству теплоты, которое газ отдаёт окружающей среде на участке охлаждения.

Указание. Для малых изменений параметров идеального газа из уравнения состояния следует формула:

где — количество вещества, а — универсальная газовая постоянная.

Войдите, чтобы проверять ответы

Ответ. А) Воздух, окружающий цилиндр, нагреется; Б) .

1

Оценивать решения предлагается на основе распределения баллов, данного в условии, с учётом следующих дополнительных соображений.

7
2

Оценка за верный ответ на вопрос части А не снижается, даже если данное участником объяснение короткое или его вообще нет.

3
3

Оценка за часть А снижается и составляет балл, если при наличии верного ответа приведённое участником объяснение противоречивое или содержит взаимоисключающие утверждения.

1
4

Если из рассуждений участника следует, что он считает систему (цилиндр + окружающий воздух) замкнутой, при этом внешние силы, совершающие работу по перемещению поршня, считаются внутренними для этой системы и на основании закона сохранения энергии делается вывод о неизменности температуры, то такой ответ на вопрос части А даёт оценку балла.

2
5

Указывается, что работа газа за цикл численно равна площади, ограничиваемой графиком цикла на -диаграмме.

0.5
6

Предлагается рассчитать работу как площадь параллелограмма, получена формула или аналогичная, либо работа вычислена иначе.

1.5
7

Получена формула или аналогичная для отданного газом количества теплоты на участке изохорного нагревания.

1
8

Получен верный ответ на вопрос части Б, попадающий в диапазон .

1
Максимум: 7

Похожие задачи

Барометр Ломоносова

Для измерения небольших изменений ускорения свободного падения δ g (обусловленных, например, изменением высоты над уровнем моря или притяжением Луны) Михаил Васильевич Ломоносов предложил создать прибор (универсальный барометр), конструкцию которого описал так: «Возьмём стеклянный шар AB с толстыми
Сложная
Молекулярная физика и термодинамика

Расчёт цикла

С одним молем идеального газа, молярная теплоёмкость которого при постоянном объёме cV равна 2R, где R - универсальная газовая постоянная, проводится циклический процесс 1231, график которого в логарифмических координатах x=lndfrac{V}{V0}, y=lndfrac{p}{p0}, где p
Сложная
Молекулярная физика и термодинамика

Оболочка на весах

(8 баллов) Варламов С. Д. Оболочку с тонкими и плохо проводящими тепло стенками из нерастяжимого гибкого полиэтилена взвесили, когда в ней не было воздуха, получилось значение массы M = 5 г. Затем с помощью насоса через трубку с небольшим сечением S = 0,2 cм2 за весьма короткое время τ = 5 с оболочк
Сложная
Молекулярная физика и термодинамика

Термодинамический цикл

Состояние одного моля идеального двухатомного газа изменяется в цикле, состоящем из процессов с постоянной теплоёмкостью. На рисунке, представленном ниже, изображён график зависимости работы, совершаемой газом, от количества теплоты, полученного или отданного им при достижении текущего состояния
Сложная
Молекулярная физика и термодинамика