ID: 00013021
При изучении явления теплообмена герметичный теплоизоли- рованный сосуд с одноатомным идеальным газом разделили неподвижной перегородкой, способной проводить тепло, на две одинаковые части (см. рисунок). После этого газ в разных частях сосуда нагрели до разных температур. Температура газа в части А равна 303 К, а в части Б равна 20 °С. Количество газа одинаково в обеих частях сосуда. Считая, что теплоёмкость сосуда пренебрежимо мала, выберите все утверждения, которые верно отражают изменения, происходящие с газом в дальнейшем после окончания нагревания.
1) При теплообмене газ в части Б отдавал положительное количество теплоты, а газ в части А его получал.
2) Через достаточно большой промежуток времени температура газа в обеих частях сосуда стала одинаковой и равной 298 К.
3) Внутренняя энергия газа в части А не изменилась.
4) В процессе теплообмена газ в сосуде А совершил работу.
5) Температура газа в части Б повысилась.
Источник: ФИПИ
По второму началу термодинамики теплота передаётся от более нагретого тела к менее нагретому: от газа А к газу Б.
Утверждение 1 — «Газ Б отдаёт теплоту, газ А получает». Всё наоборот: газ А (303 К) отдаёт, газ Б (293 К) получает. Утверждение неверно.
Утверждение 2 — «Через достаточно большое время температура газа в обеих частях стала одинаковой и равной 298 К».
Так как газ одинаковый, массы равны и теплоёмкости одинаковы, конечная температура — среднее арифметическое:
$$T_{\text{кон}} = \frac{T_A + T_B}{2} = \frac{303 + 293}{2} = 298 \text{ К}$$
Утверждение верно.
Утверждение 3 — «Внутренняя энергия газа в части А не изменилась». Газ А остывает с 303 до 298 К, значит его внутренняя энергия $U = \frac{3}{2}\nu R T$ уменьшается. Утверждение неверно.
Утверждение 4 — «В процессе теплообмена газ в сосуде совершил работу». Перегородка неподвижна, объём каждой части постоянен. При $\Delta V = 0$ работа газа $A = p\Delta V = 0$. Утверждение неверно.
Утверждение 5 — «Температура газа в части Б повысилась». Газ Б нагревается с 293 до 298 К. Утверждение верно.