ID: 00013003
Тонкая, упругая и мягкая оболочка герметичного воздушного шара наполнена воздухом. Как изменяются с высотой при быстром подъёме температура воздуха и концентрация молекул в шаре? Теплопроводностью оболочки шара пренебречь.
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Источник: ФИПИ
Шар герметичен, поэтому количество молекул воздуха внутри остаётся постоянным: N = \text{const}.
При подъёме на высоту атмосферное давление уменьшается. Так как внутреннее давление шара становится больше внешнего, шар раздувается: объём увеличивается (V \uparrow).
Поскольку теплопроводность оболочки пренебрежима, теплообмен с окружающей средой отсутствует:
Q = 0
По первому началу термодинамики:
Q = \Delta U + A
0 = \Delta U + A \implies \Delta U = -A
Газ совершает положительную работу при расширении (A \gt 0), поэтому внутренняя энергия уменьшается (\Delta U \lt 0).
Внутренняя энергия одноатомного идеального газа:
U = \frac{3}{2} \nu R T
Раз \Delta U \lt 0, то температура уменьшается:
T \downarrow
Концентрация молекул:
n = \frac{N}{V}
N = \text{const}, V \uparrow, следовательно:
n \downarrow