Global EE

Тепловые Явления — Задание 19 ОГЭ по физике №00040455

Задание №19. Качественная Задача

Тепловые Явления

№2. Задание 19

ID: 00040455

Колбу с газом соединили с U-образным жидкостным манометром (рис. 1). После того как колбу опустили в сосуд с водой, показания манометра изменились (рис. 2). Рис. 1 Рис. 2 Изменилась ли, и если изменилась, то как внутренняя энергия газа в колбе? Ответ поясните.

Рисунок к заданию 19 ОГЭ по физике — Тепловые Явления

Рисунок к заданию 19 ОГЭ по физике — Тепловые Явления

Источник: ФИПИ

Решение

Что дано

Жёсткая колба с газом соединена трубкой с $U$-образным жидкостным манометром. Такой манометр показывает, насколько давление газа отличается от атмосферного: об этом говорит перепад уровней жидкости в двух коленах.

  • Рис. 1 — колба в воздухе: уровни жидкости в обоих коленах одинаковы.
  • Рис. 2 — колбу опустили в сосуд с водой: в колене со стороны колбы жидкость поднялась, а в открытом колене опустилась.

Шаг 1. Читаем манометр

Равные уровни на рис. 1 означают, что газ в колбе давит так же, как атмосфера: $p_к=p_0$.

На рис. 2 жидкость сместилась в сторону колбы — её туда продавила атмосфера. Так бывает, когда газ в колбе давит слабее наружного воздуха:

$$p_к=p_0-\rho g h$$

где $h$ — разность уровней. Вывод: давление газа в колбе уменьшилось.

Шаг 2. От давления к температуре

Колба стеклянная, жёсткая и закрытая: газ не расширяется, не сжимается и не утекает. Объём газа постоянен — процесс изохорный.

Для изохорного процесса работает закон Шарля: при постоянном объёме давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре,

$$\frac{p_1}{T_1}=\frac{p_2}{T_2}$$

Давление упало — значит упала и температура: $T_2

Шаг 3. Отвечаем про внутреннюю энергию

Внутренняя энергия газа — это суммарная энергия беспорядочного движения его молекул. Для данной порции газа она определяется только температурой: ниже температура — меньше внутренняя энергия.

Проверим по закону сохранения энергии: объём не менялся, значит газ работы не совершал и над ним работу не совершали; единственный способ изменить его энергию — теплообмен. Газ отдал теплоту воде, потому что вода оказалась холоднее окружающего воздуха.

Вывод

Внутренняя энергия газа в колбе уменьшилась: газ остыл, отдав теплоту холодной воде.

Ответ

Внутренняя энергия газа в колбе изменилась — она уменьшилась. По рисунку 2 жидкость поднялась в колене манометра, соединённом с колбой, значит давление газа стало меньше атмосферного; объём газа постоянен (колба жёсткая), поэтому по закону Шарля понижение давления означает понижение температуры, а с температурой падает и внутренняя энергия газа — он отдал теплоту более холодной воде.
Другие задания по теме «Тепловые Явления» (8)
Тепловые Явления — Задание 19 ОГЭ по физике №00040455 | Global EE