Global EE

МКТ (нет в 2026) — Задание ЕГЭ по физике №00002782

Задание №29. №21. Качественная Задача (нет в 2026)

МКТ (нет в 2026)

№2. Задание без номера

ID: 00002782

На полу неподвижного лифта стоит теплоизолированный сосуд, открытый сверху. В сосуде под тяжелым подвижным поршнем находится одноатомный идеальный газ. Поршень находится в равновесии. Лифт начинает равноускоренно опускаться вниз. Опираясь на законы механики и молекулярной физики, объясните, куда сдвинется поршень относительно сосуда после начала движения лифта и как при этом изменится температура газа в сосуде. Трением между поршнем и стенками сосуда, а также утечкой газа из сосуда пренебречь.

Рисунок к заданию ЕГЭ по физике — МКТ (нет в 2026)

Источник: Сборник Гиголо

Решение

Дано:

теплоизолированный сосуд, открытый сверху; под тяжёлым поршнем массой $M$ — одноатомный газ; лифт опускается с ускорением $a$ вниз

Найти:

направление смещения поршня и изменение температуры газа

Решение:

В неподвижном лифте поршень в равновесии: $p_1 = p_0 + \dfrac{Mg}{S}$, где $p_0$ — атмосферное давление.

При равноускоренном движении лифта вниз с ускорением $a$ для поршня по второму закону Ньютона ($p_2 S + Mg - p_0 S = Ma$):

$$p_2 = p_0 + \frac{M(g - a)}{S} \lt p_1$$

Давление газа уменьшается, газ расширяется — поршень смещается вверх относительно сосуда.

Сосуд теплоизолирован, процесс адиабатный ($Q = 0$). По первому началу $0 = \Delta U + A_{\text{газа}}$. При расширении $A_{\text{газа}} \gt 0$, поэтому $\Delta U \lt 0$ — температура газа понижается.

Ответ

Пусть масса поршня М, а площадь его основания S. Атмосферное давление над поршнем равно ратм, первоначальное давление газа в сосуде равно $р_{1}$. Поскольку поршень первоначально находится в равновесии, $Р_{1}$ = $P_{атм}$ + Mg/S .

При движении лифта с ускорением а , направленным вниз, поршень сдвинется и займет относительно сосуда новое положение равновесия, в котором давление газа в сосуде станет равным

$Р_{2}$=$Р_{атм}$ + (M(g-a))/S < P1

Поскольку сосуд теплоизолирован и изменения числа частиц нет, уменьшение давления возможно только за счет расширения газа. При этом газ совершает работу A > 0. 

Поскольку сосуд теплоизолированный, газ, находящийся под поршнем, участвует в адиабатическом процессе. В этом случае, по первому закону термодинамики, газ совершает работу за счёт уменьшения внутренней энергии.

Уменьшение внутренней энергии газа повлечет за собой снижение его температуры (∆U=3/2*۷R∆T).

Ответ: поршень сдвинется вверх. Температура газа в сосуде понизится.

Видеоразбор

Другие задания по теме «МКТ (нет в 2026)» (8)