Наибольшее… — Задание 17 ЕГЭ по математике №00045625
Наибольшее и наименьшее значение в физических задачах
№2. Задание 17
ID: 00045625
Распределение кинетической энергии молекул гелия при тепловом движении имеет функцию плотности $f(\varepsilon)=2\sqrt{\frac\varepsilon\pi}\cdot\left(\frac1{kT}\right)^{\frac32}\cdot e^{-\frac\varepsilon{kT}}$, где $k=1{,}38\cdot10^{-23}\,\frac{\text{Дж}}{\text{К}}$ — постоянная Больцмана, $\varepsilon$ — кинетическая энергия молекулы в джоулях, $T$ — температура газа в кельвинах. Найдите значение кинетической энергии $\varepsilon$, при котором функция плотности $f(\varepsilon)$ принимает наибольшее значение, если $T=80$ К?
Источник: Сборник Ященко 2027
Решение
Квадрат неотрицательной плотности достигает максимума там же, где сама плотность. Постоянные положительные множители можно убрать, поэтому исследуем $F(\varepsilon)=\varepsilon e^{-2\varepsilon/(kT)}$ при $\varepsilon\ge0$.
Её производная равна $F'(\varepsilon)=e^{-2\varepsilon/(kT)}(1-2\varepsilon/(kT))$. Экспонента положительна: знак определяется скобкой.
Функция растёт на $[0;kT/2]$ и убывает после $kT/2$, поэтому максимум единственный и достигается при $\varepsilon=kT/2$.
Вычислим: $1{,}38\cdot80/2=55{,}2$, следовательно, $\varepsilon=55{,}2\cdot10^{-23}=5{,}52\cdot10^{-22}$ Дж.
Проверим безразмерной заменой $z=\varepsilon/(kT)$: форма квадрата плотности пропорциональна $ze^{-2z}$, её производная $e^{-2z}(1-2z)$ меняет знак при $z=1/2$. Это тот же результат.
Ответ
$\varepsilon=5{,}52\cdot10^{-22}$ Дж.
Другие задания по теме «Наибольшее и наименьшее значение в физических задачах» (8)
- Задание 17 №00045649 — На противоположных берегах прямого участка реки друг напротив друга на…
- Задание 17 №00045648 — На противоположных берегах прямого участка реки друг напротив друга на…
- Задание 17 №00045647 — При подключении источника переменного тока к цепи, состоящей из конденсатора,…
- Задание 17 №00045646 — При подключении источника переменного тока к цепи, состоящей из конденсатора,…
- Задание 17 №00045645 — К блоку солнечных панелей с электродвижущей силой эпсилон равно 30 В и…
- Задание 17 №00045644 — К блоку солнечных панелей с электродвижущей силой эпсилон равно 30 В и…
- Задание 17 №00045643 — Круизный лайнер стоит в океане бортом к волне. Под действием волн он испытывает…
- Задание 17 №00045642 — Круизный лайнер стоит в океане бортом к волне. Под действием волн он испытывает…