Найти в Дзене

ЕГЭ по физике. Задача 30 (17). Работа идеального газа за цикл

Одноатомный идеальный газ совершает циклический процесс, показанный на рисунке. За цикл от нагревателя газ получает количество теплоты 8 кДж. Чему равна работа газа за цикл? Масса газа в ходе процесса не изменяется.

Полное условие задачи

Одноатомный идеальный газ совершает циклический процесс, показанный на рисунке. За цикл от нагревателя газ получает количество теплоты 8 кДж. Чему равна работа газа за цикл? Масса газа в ходе процесса не изменяется.

Краткое условие задачи

-2

Решение задачи:

-3

Определим количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл. Для этого выясним, в каких процессах газ получает теплоту. Процесс 1 – 2 изобарный, газ нагревается:

-4

и совершает работу:

-5

Такое возможно, если газ получает теплоту.

Процесс 2 – 3 не является изопроцессом, газ в этом процессе охлаждается:

-6

и над ним совершают работу сторонние силы:

-7

Такое возможно, если газ отдает теплоту.

Процесс 3 – 1 является изохорным, газ нагревается:

-8

и газ не совершает работы, и над ним не совершают работу:

-9

Такое возможно, если газ получает теплоту.

Таким образом, теплота, полученная газом от нагревателя за цикл, равна сумме теплот, полученных в процессах 1 – 2 и 3 – 1:

-10

Распишем эти теплоты, используя первое начало термодинамики:

-11

Подставим выражения (8) и (9) в равенство (7):

-12

Запишем формулы для внутренних энергий:

-13

Для определения температур запишем уравнение состояния идеального газа для состояний 2 и 3:

-14

Выразим температуры:

-15

Из графика видно, что:

-16

Тогда получаем:

-17

Подставляем (21) в (11), а (22) в (12):

-18

Определим теперь работу газа в процессе 1 – 2. Используем для этого геометрический смысл термодинамической работы, который заключатся в следующем: работа, совершаемая газом в процессе его расширения (или сжатия), при любом термодинамическом процессе, численно равна площади под кривой, изображающей изменение состояния газа на диаграмме (p,V). Эта площадь показана на рисунке штриховкой:

-19

Получаем:

-20

Подставляем (23), (24) и (25) в (10):

-21

Отсюда получаем:

-22

Найдем теперь работу за цикл. Используем для этого геометрический смысл работы за цикл, который заключается в том, что она численно равна площади фигуры, ограниченной кривыми, изображающими изменение состояния газа. Эта площадь показана на рисунке штриховкой:

-23

Получаем:

-24

Подставим в выражение (28) равенство (27):

-25

Подставляем данные и находим численный результат:

-26

Ответ: 0,7 кДж.