Задание 7 ЕГЭ по физике №00015230
Основные Уравнения МКТ
№2. Задание 7
ID: 00015230
На рисунке изображён график зависимости среднего значения квадрата скорости молекул идеального газа от плотности $\rho$ этого газа в изобарном процессе. Определите давление газа в сосуде.
Источник: ФИПИ
Решение
Задача на основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Давление газа связывает между собой две величины, которые как раз и отложены по осям графика: плотность газа и средний квадрат скорости его молекул.
Дано: график зависимости $\overline{v^2}$ от плотности $\rho$ для изобарного процесса (то есть процесса при постоянном давлении).
Найти: давление газа $p$.
Решение. Основное уравнение МКТ для идеального газа связывает давление с массой молекулы $m_0$, их концентрацией $n$ и средним квадратом скорости:
$$p=\frac{1}{3}m_0n\overline{v^2}.$$Произведение массы одной молекулы на число молекул в единице объёма — это и есть плотность газа: $\rho=m_0n$ (столько килограммов вещества приходится на кубометр). Подставляем и получаем очень удобную форму того же уравнения:
$$p=\frac{1}{3}\rho\,\overline{v^2}.$$Отсюда сразу видно, почему в изобарном процессе (при $p=\text{const}$) график $\overline{v^2}$ от $\rho$ — это гипербола: чем плотнее газ, тем медленнее в среднем движутся его молекулы, ведь их произведение обязано оставаться постоянным:
$$\rho\,\overline{v^2}=3p=\text{const}.$$Что делать с графиком. Раз произведение $\rho\,\overline{v^2}$ одинаково в любой точке кривой, достаточно снять с графика одну-единственную точку — ту, где оба значения читаются проще всего, по узлу сетки. Записываем её плотность $\rho$ (в кг/м$^3$) и средний квадрат скорости $\overline{v^2}$ (в м$^2$/с$^2$), перемножаем и делим на три:
$$p=\frac{\rho\,\overline{v^2}}{3}.$$Результат получится в паскалях; если в ответе просят килопаскали, разделите его ещё на $1000$.
Проверка себя. Полезно взять с кривой вторую точку и повторить расчёт: давление должно получиться то же самое. Если числа разошлись — значит одну из точек сняли неаккуратно. И проверьте размерность: килограмм на кубометр, умноженный на квадрат метра в секунду, даёт $\dfrac{\text{кг}}{\text{м}\cdot\text{с}^2}$ — это и есть паскаль.
Ответ
Видеоразбор
Другие задания по теме «Основные Уравнения МКТ» (8)
- Задание 7 №00042990 — Одноатомный идеальный газ в цилиндре переводится из состояния A в состояние B…
- Задание 7 №00042987 — Концентрация молекул идеального газа увеличилась в 5 раз, а его давление…
- Задание 7 №00042986 — Концентрация молекул идеального газа увеличилась в 2 раза, а его абсолютная…
- Задание 7 №00042983 — При уменьшении абсолютной температуры на 300 К средняя кинетическая энергия…
- Задание 7 №00042982 — При уменьшении абсолютной температуры на 300 К средняя кинетическая энергия…
- Задание 7 №00028690 — Идеальный газ в цилиндре переводится из состояния A в состояние B так, что его…
- Задание 7 №00025615 — Температура неона увеличилась с 27 о С до 177 о С. Во сколько раз увеличилась…
- Задание 7 №00025612 — На рисунке показан график зависимости давления газа в запаянном сосуде от его…