МКТ — Задание 24 ЕГЭ по физике №00016835
МКТ
№2. Задание 24
ID: 00016835
Цикл тепловой машины, рабочим веществом которой является ν молей идеального одноатомного газа, состоит из изотермического расширения, изохорного охлаждения и адиабатического сжатия. В изохорном процессе температура газа понижается на ΔТ, а КПД тепловой машины равен η. Определите работу, совершённую газом в изотермическом процессе.
Источник: ФИПИ
Решение
Дано:
$\nu$ — число молей одноатомного газа; цикл: изотермическое расширение $\to$ изохорное охлаждение $\to$ адиабатическое сжатие; $\Delta T$ — понижение температуры в изохорном процессе; $\eta$ — КПД цикла.
Найти:
$A_\text{из}$ — работу газа в изотермическом процессе.
Решение:
КПД — это как «полезный навар с оборота»: из всех денег, что вошли в кассу, какая доля осталась в кармане. В кассу (к газу) тепло приходит только на изотермическом расширении: там температура не меняется, внутренняя энергия постоянна, и всё подведённое тепло целиком уходит в работу газа. Значит подведённая теплота равна изотермической работе:
$Q_\text{подв}=A_\text{из}.$
«Расходы» — отданное тепло — приходятся на изохорное охлаждение: объём постоянен, работы нет, газ просто остывает на $\Delta T$ и отдаёт
$|Q_\text{отв}|=\tfrac{3}{2}\nu R\,\Delta T$ (одноатомный газ).
На адиабате теплообмена нет ($Q=0$). КПД — это полезная работа за цикл, делённая на подведённое тепло:
$\eta=\dfrac{A_\text{цикл}}{Q_\text{подв}}=\dfrac{Q_\text{подв}-|Q_\text{отв}|}{Q_\text{подв}}=1-\dfrac{\tfrac{3}{2}\nu R\,\Delta T}{A_\text{из}}.$
Отсюда выражаем изотермическую работу:
$1-\eta=\dfrac{\tfrac{3}{2}\nu R\,\Delta T}{A_\text{из}}\;\Rightarrow\;A_\text{из}=\dfrac{3\,\nu R\,\Delta T}{2\,(1-\eta)}.$
Чем выше КПД (меньше $1-\eta$), тем больше работа на изотерме при том же остывании — логично: меньшая доля тепла «сбрасывается» в холодильник.
Ответ
$A_\text{из}=\dfrac{3\,\nu R\,\Delta T}{2\,(1-\eta)}$
Видеоразбор
Другие задания по теме «МКТ» (8)
- Задание 24 №00043180 — Сосуд объёмом 8 л содержит смесь водорода и гелия общей массой 2 г при давлении…
- Задание 24 №00043179 — Сосуд объёмом 12 л содержит смесь водорода и гелия общей массой 2 г при…
- Задание 24 №00026545 — В вольфрамовом цилиндре под поршнем водород при атмосферном давлении и…
- Задание 24 №00026542 — Сосуд с воздухом, отделённым от атмосферы поршнем, поместили в кастрюлю с водой…
- Задание 24 №00026540 — Закрытый вертикальный цилиндрический сосуд, заполненный идеальным газом,…
- Задание 24 №00026534 — В открытой пробирке, вращающейся в горизонтальной плоскости с угловой скоростью…
- Задание 24 №00026529 — В цилиндр объёмом 0,5 м³ закачивается воздух со скоростью 0,002 кг/с. В верхнем…
- Задание 24 №00022539 — В горизонтальной трубке, запаянной с одного конца, помещена ртуть. Столбик…