МКТ — Задание 9 ЕГЭ по физике №00043007

Сюжет: 2 моль неона под поршнем в вертикальном цилиндре, поршень ходит без трения, атмосферное давление постоянно. Разбираем, что происходит при сжатии, нагреве, охлаждении и если насыпать песок.

Давление неона определяется равновесием поршня: снизу газ давит с силой $pS$, сверху — атмосфера $p_{\text{атм}}S$ и вес поршня $Mg$. $$p=p_{\text{атм}}+\dfrac{Mg}{S}$$ Ни одна величина справа от температуры не зависит.

Утверждение 2. При медленном нагреве давление неона остаётся постоянным — его всё так же задают атмосфера и вес поршня. Верно.

Утверждение 5. Раз давление постоянное, по уравнению состояния $pV=\nu RT$ объём пропорционален температуре: нагреваем — объём растёт, поршень поднимается. Верно.

Утверждение 3. Сила давления на поршень $F=pS$. При охлаждении $p$ постоянно и площадь поршня та же — сила не меняется, а не увеличивается. Неверно.

Утверждение 4. Песок добавляет сверху свой вес, и после установления равновесия давление станет $p_{\text{атм}}+\dfrac{(M+m_{\text{п}})g}{S}$ — больше прежнего, а не равно ему. Неверно.

Утверждение 1. При сжатии поршень идёт вниз и давит на газ тоже вниз: сила и перемещение направлены одинаково, работа внешних сил положительна. Верно. (Сам газ при этом совершает отрицательную работу — она равна по модулю и противоположна по знаку.)

Проверим себя: газ под свободным поршнем при нагреве не «накачивает» давление, а отодвигает поршень — давление на месте, объём растёт. Верны утверждения 1, 2 и 5.