В сосуде объёмом V равно 0,02 м в кубе с жёсткими стенками находится одноатомный газ при атмосферном давлении. В крышке сосуда имеется отверстие площадью S равно 2 умножить на 10 в степени минус 4 м в квадрате, заткнутое пробкой. Максимальная сила трения покоя F пробки о края отверстия равна 100 Н. Определите максимальное количество теплоты, которое можно передать газу, чтобы пробка ещё не выскочила из отверстия. Газ считайте идеальным.

Термодинамика — Задание 24 ЕГЭ по физике №00007808

Задание №24. МКТ и Термодинамика. Высокий Уровень Сложности

Термодинамика

№2. Задание 24

ID: 00007808

В сосуде объёмом $$V = 0,02$$ $$м^3$$ с жёсткими стенками находится одноатомный газ при атмосферном давлении. В крышке сосуда имеется отверстие площадью $S = 2\cdot{}10^{-4}$ $$м^2$$ , заткнутое пробкой. Максимальная сила трения покоя $$F$$ пробки о края отверстия равна 100 Н. Определите максимальное количество теплоты, которое можно передать газу, чтобы пробка ещё не выскочила из отверстия. Газ считайте идеальным.

Источник: ФИПИ

Решение

Газ в жёстком сосуде нагревают, его давление растёт. Пробку держит сила трения, но как только сила давления газа на пробку превысит максимальное трение, пробка вылетит. Значит, предельное давление определяется трением, а дальше — это изохорный нагрев (стенки жёсткие).

Найдём предельное давление. Пробку выбьет, когда избыточная сила давления сравняется с трением: $$(p-p_0)S=F$$ , откуда $p_{max}=p_0+\dfrac{F}{S}=10^5+\dfrac{100}{2\cdot10^{-4}}=10^5+5\cdot10^5=6\cdot10^5$ Па.

Найдём теплоту. Объём постоянен, поэтому газ не совершает работы, и всё тепло идёт на внутреннюю энергию: $Q=\Delta U=\dfrac{3}{2}\,\Delta(pV)=\dfrac{3}{2}V(p_{max}-p_0)=\dfrac{3}{2}\cdot0{,}02\cdot(6\cdot10^5-10^5)=15000\ \text{Дж}=15$ кДж.

Ответ

Видеоразбор

Другие задания по теме «Термодинамика» (8)