ID: 00014733
При изучении явления теплообмена герметичный теплоизолированный сосуд с идеальным одноатомным газом разделили на две одинаковые части неподвижной перегородкой, способной проводить тепло. В разных частях сосуда газ был нагрет до разных температур. Температура газа в части А была равна $293$ К, а в части Б $+40\,^\circ$С. Количество газа одинаково в обеих частях. Считая, что теплоёмкость сосуда пренебрежимо мала, выберите из предложенных утверждений все, которые верно отражают изменения, происходящие с газами после окончания нагревания к моменту установления теплового равновесия.
1) Температура газа в части Б повысится.
2) Внутренняя энергия газа в части А не изменится.
3) При теплообмене газ из части Б отдавал количество теплоты, а газ в части А его получал.
4) Через достаточно большой промежуток времени температуры газов в обеих частях станут одинаковыми и равными $+30\,^\circ$С.
5) В результате теплообмена газ, находящийся в части Б, совершил работу.
Запишите в ответ выбранные цифры.
Источник: ФИПИ
Сосуд теплоизолирован, перегородка неподвижна, но проводит тепло. Значит газы обмениваются только теплотой (работа не совершается — стенка не двигается), а тепло само течёт от более горячего к более холодному, пока температуры не сравняются. Переведём всё в одну шкалу: часть А $293$ К $= +20\,^\circ$С, часть Б $+40\,^\circ$С. Значит Б горячее.
Горячая Б отдаёт тепло, холодная А его получает. Количество газа одинаково, газ один и тот же (одноатомный), теплоёмкости равны — поэтому равновесная температура это среднее: $\frac{20+40}{2}=+30\,^\circ$С (то же и в кельвинах: $\frac{293+313}{2}=303$ К).
1) Неверно: Б самая горячая, она остывает, её температура понижается, а не повышается.
2) Неверно: А получает тепло и нагревается с $+20\,^\circ$С до $+30\,^\circ$С, значит её внутренняя энергия растёт.
3) Верно: горячая Б отдаёт теплоту, холодная А её принимает — это и есть направление теплообмена.
4) Верно: в равновесии температуры равны, и это среднее $+30\,^\circ$С.
5) Неверно: перегородка неподвижна, объёмы газов не меняются, поэтому работа газом не совершается ($A=0$).