Вверх

Линия заданий 24, ЕГЭ по физике

21514. В закрытом сосуде при температуре 100 °С находится влажный воздух с относительной влажностью 60% под давлением 100 кПа. Объём сосуда изотермически уменьшили в 2,5 раза. Во сколько раз надо вместо этого увеличить абсолютную температуру без изменения объёма сосуда, чтобы получить такое же конечное давление? Объёмом сконденсировавшейся воды пренебречь.

1. Определим степень изотермического сжатия, при которой пар станет насыщенным. При этом учтём, что при 100 °С давление насыщенного водяного пара равно нормальному атмосферному давлению \( {p_н} = {p_{атм}} = {10^5} \) Па. Для этого воспользуемся законом Бойля-Мариотта \( {p_{п1}}{V_1} = {p_н}{V_н} \). Поскольку начальная относительная влажность воздуха равна:

\( \varphi = \frac{{{p_{п1}}}}{{{p_н}}} = 0,6 \), то

\( \frac{{{V_1}}}{{{V_н}}} = \frac{{{p_н}}}{{{p_{п1}}}} = \)\( \frac{{{p_н}}}{{0,6{p_н}}} = \frac{{5}}{3} < 2,5 \)

Следовательно, при изотермическом уменьшении объёма в 2,5 раза пар станет насыщенным.

2. Определим начальное и конечное парциальное давление сухого воздуха, воспользовавшись законами Дальтона и Бойля-Мариотта:

\( {p_{в1}} = {p_1} - {p_{п1}} = {p_1} - \varphi {p_н} \) \( = {10^5} - 0,6 \cdot {10^5} = 0,4 \cdot {10^5} \) Па,

\( {p_{в2}} = \frac{{{p_{в1}}{V_1}}}{{{V_2}}} = \)\( 2,5 \cdot 0,4 \cdot {10^5} = {10^5} \) Па

3. Определим конечное давление влажного воздуха в сосуде с помощью закона Дальтона:

\( {p_2} = {p_{в2}} + {p_{п2}} = {p_{в2}} + {p_н} \) \( = {10^5} + {10^5} = 2 \cdot {10^5} \) Па.

4. При нагревании влажного воздуха без изменения объёма водяной пар будет оставаться ненасыщенным, а значит, влажный воздух можно считать идеальным газом с постоянным количеством вещества, для изохорного нагревания которого можно применить закон Шарля: \( \frac{{{p_1}}}{{{T_1}}} = \frac{{{p_2}}}{{{T_2}}} \). Таким образом, для того чтобы получить такое же конечное давление без изменения объёма, абсолютную температуру газа необходимо увеличить в

\( \frac{{{T_2}}}{{{T_1}}} = \frac{{{p_2}}}{{{p_1}}} = \frac{{2 \cdot {{10}^5}}}{{{{10}^5}}} = 2 \) раза

Ответ: \( \frac{{{T_2}}}{{{T_1}}} \) = 2

P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке ;)
При обращении указывайте id этого вопроса - 21514.

21507. В закрытом сосуде при температуре 100 °С находится влажный воздух с относительной влажностью 70% под давлением 100 кПа. Объём сосуда изотермически уменьшили в 3 раза. До какой абсолютной температуры надо вместо этого нагреть воздух без изменения объёма сосуда, чтобы получить такое же конечное давление? Объёмом сконденсировавшейся воды пренебречь.

1. Определим степень изотермического сжатия, при которой пар станет насыщенным. При этом учтём, что при 100 °С давление насыщенного водяного пара равно нормальному атмосферному давлению \( {p_н} = {p_{атм}} = {10^5} \) Па. Для этого воспользуемся законом Бойля-Мариотта \( {p_{п1}}{V_1} = {p_н}{V_н} \). Поскольку начальная относительная влажность воздуха равна:

\( \varphi = \frac{{{p_{п1}}}}{{{p_н}}} = 0,7 \), то

\( \frac{{{V_1}}}{{{V_н}}} = \frac{{{p_н}}}{{{p_{п1}}}} = \)\( \frac{{{p_н}}}{{0,7{p_н}}} = \frac{{10}}{7} < 3 \)

Следовательно, при изотермическом уменьшении объёма в 3 раза пар станет насыщенным.

2. Определим начальное и конечное парциальное давление сухого воздуха, воспользовавшись законами Дальтона и Бойля-Мариотта:

\( {p_{в1}} = {p_1} - {p_{п1}} = {p_1} - \varphi {p_н} \) \( = {10^5} - 0,7 \cdot {10^5} = 0,3 \cdot {10^5} \) Па,

\( {p_{в2}} = \frac{{{p_{в1}}{V_1}}}{{{V_2}}} = \)\( 3 \cdot 0,3 \cdot {10^5} = 0,9 \cdot {10^5} \) Па

3. Определим конечное давление влажного воздуха в сосуде с помощью закона Дальтона:

\( {p_2} = {p_{в2}} + {p_{п2}} = {p_{в2}} + {p_н} \) \( = {10^5} + 0,9 \cdot {10^5} = 1,9 \cdot {10^5} \) Па.

4. При нагревании влажного воздуха без изменения объёма водяной пар будет оставаться ненасыщенным, а значит, влажный воздух можно считать идеальным газом с постоянным количеством вещества, для изохорного нагревания которого можно применить закон Шарля: \( \frac{{{p_1}}}{{{T_1}}} = \frac{{{p_2}}}{{{T_2}}} \). Таким образом, для того чтобы получить такое же конечное давление без изменения объёма, абсолютную температуру газа необходимо увеличить до \( {T_2} = {T_1}\frac{{{p_2}}}{{{p_1}}} = \) \( 373 \cdot \frac{{1,9 \cdot {{10}^5}}}{{{{10}^5}}} \) ≈ 709 К

Ответ: T2 ≈ 709 К

P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке ;)
При обращении указывайте id этого вопроса - 21507.

21500. В вертикальном цилиндрическом сосуде с гладкими стенками под подвижным поршнем массой 10 кг и площадью поперечного сечения 50 см2 находится разреженный газ (см. рисунок). При движении сосуда по вертикали с ускорением, направленным вверх и равным по модулю 1 м/с2, высота столба газа под поршнем постоянна и на 5% меньше, чем в покоящемся сосуде. Считая температуру газа под поршнем неизменной, а наружное давление постоянным, определите внешнее давление. Масса газа под поршнем постоянна.
Задание ЕГЭ по физике

Задание ЕГЭ по физике
1. Запишем в инерциальной системе отсчёта второй закон Ньютона для неподвижного поршня в неподвижном сосуде:

\( ({p_1} - {p_0})S - mg = 0 \)

где \( m \) — масса поршня, \( S \) — площадь его поперечного сечения, \( {p_0} \) — внешнее давление, \( {p_1} \) — давление газа под поршнем в покоящемся сосуде.

2. В проекциях на ось \( Ox \) второй закон Ньютона для поршня, неподвижного относительно сосуда, движущегося с ускорением \( \vec a:({p_2} - {p_0})S - mg = ma \), где \( {p_2} \) — давление газа в сосуде, движущемся с ускорением. При этом результирующая сила давления \( F = ({p_2} - {p_0})S \) (см. рисунок).

3. По закону Бойля-Мариотта для газа под поршнем имеем:

\( {p_1}{V_1} = {p_2}{V_2} \Rightarrow \) \( {p_1}S{h_1} = {p_2}S{h_2} \Rightarrow \) \( {p_1} = {p_2}(1 - \eta ) \),

где \( {h_1} \), \( {h_2} \) — начальная и конечная высота столба газа под поршнем соответственно, а \( \eta = \frac{{{h_1} - {h_2}}}{{{h_1}}} \) — относительное изменение высоты столба газа.

4. Решая систему уравнений

\( \left\{ \begin{array}{l} {p_1}S = {p_0}S + mg\\ {p_2}S = {p_0}S + mg + ma\\ {p_1} = {p_2}(1 - \eta ) \end{array} \right. \)

получим выражение для внешнего давления:

\( {p_0} = \frac{m}{{\eta S}}\left\{ {\left. {(1 - \eta )a - \eta g} \right\}} \right. \) = \( \frac{{10}}{{0,05 \cdot 50 \cdot {{10}^{ - 4}}}} \cdot (0,95 \cdot 1 - 0,05 \cdot 10) \) = 18 · 103 Па = 18 кПа

Ответ: \( {p_0} \) = 18 · 103 Па = 18 кПа

P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке ;)
При обращении указывайте id этого вопроса - 21500.

21493. В вертикальном цилиндрическом сосуде с гладкими стенками под подвижным поршнем площадью поперечного сечения 50 см2 находится разреженный газ (см. рисунок). При движении сосуда по вертикали с ускорением, направленным вверх и равным по модулю 2 м/с2, высота столба газа под поршнем постоянна и на 5% меньше, чем в покоящемся сосуде. Считая температуру газа под поршнем неизменной, а наружное давление постоянным и равным 28 кПа, определите массу поршня. Масса газа под поршнем постоянна.
Задание ЕГЭ по физике

Задание ЕГЭ по физике
1. Запишем в инерциальной системе отсчёта второй закон Ньютона для неподвижного поршня в неподвижном сосуде:

\( ({p_1} - {p_0})S - mg = 0 \)

где \( m \) — масса поршня, \( S \) — площадь его поперечного сечения, \( {p_0} \) — внешнее давление, \( {p_1} \) — давление газа под поршнем в покоящемся сосуде.

2. В проекциях на ось \( Ox \) второй закон Ньютона для поршня, неподвижного относительно сосуда, движущегося с ускорением \( \vec a:({p_2} - {p_0})S - mg = ma \), где \( {p_2} \) — давление газа в сосуде, движущемся с ускорением. При этом результирующая сила давления \( F = ({p_2} - {p_0})S \) (см. рисунок).

3. По закону Бойля-Мариотта для газа под поршнем имеем:

\( {p_1}{V_1} = {p_2}{V_2} \Rightarrow \) \( {p_1}S{h_1} = {p_2}S{h_2} \Rightarrow \) \( {p_1} = {p_2}(1 - \eta ) \),

где \( {h_1} \), \( {h_2} \) — начальная и конечная высота столба газа под поршнем соответственно, а \( \eta = \frac{{{h_1} - {h_2}}}{{{h_1}}} \) — относительное изменение высоты столба газа.

4. Решая систему уравнений

\( \left\{ \begin{array}{l} {p_1}S = {p_0}S + mg\\ {p_2}S = {p_0}S + mg + ma\\ {p_1} = {p_2}(1 - \eta ) \end{array} \right. \)

получим выражение для массы поршня:

\( m = \frac{{{p_0}\eta S}}{{(1 - \eta )a - \eta g}} \) \( = \frac{{28 \cdot {{10}^3} \cdot 0,05 \cdot 50 \cdot {{10}^{ - 4}}}}{{(1 - 0,05) \cdot 2 - 0,05 \cdot 10}} \) = 5 кг

Ответ: m = 5 кг

P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке ;)
При обращении указывайте id этого вопроса - 21493.

21486. В запаянной с одного конца трубке находится влажный воздух, отделённый от атмосферы столбиком ртути длиной \( l \) = 76 мм. Когда трубка лежит горизонтально, относительная влажность воздуха \( {\varphi _1} \) в ней равна 80%. Какой станет относительная влажность этого воздуха \( {\varphi _2} \), если трубку поставить вертикально, открытым концом вниз? Атмосферное давление равно 760 мм рт. ст. Температуру считать постоянной.

Задание ЕГЭ по физике
1. Относительная влажность воздуха в трубке в первом случае: \( {\varphi _1} = \frac{{{p_1}}}{{{p_н}}} \), где \( {p_1} \) — давление водяных паров в трубке, \( {p_н} \) — давление насыщенных водяных паров при той же температуре. Для второго случая относительная влажность воздуха в трубке: \( {\varphi _2} = \frac{{{p_2}}}{{{p_н}}} \), где \( {{p_2}} \) — парциальное давление водяных паров в трубке.

2. Давление влажного воздуха в первом случае равно атмосферному давлению: \( {p_{1вл}} = {p_0} \), а во втором случае - \( {p_{2вл}} = {p_0} - \rho gl \), где \( \rho \) — плотность ртути, а \( l \) — длина столбика ртути. Заметим, что \( {p_0} = \rho gH \), где \( H \) = 760 мм.

3. Объём влажного воздуха при изменении положения трубки изменился так, как изменились длины столбиков воздуха, запертых ртутью. Считаем влажный воздух идеальным газом. Поэтому по закону Бойля-Мариотта можем записать

\( \frac{{{V_2}}}{{{V_1}}} = \frac{{{l_2}}}{{{l_1}}} = \)\( \frac{{{p_0}}}{{{p_0} - \rho gl}} \)

4. Из уравнения Менделеева-Клапейрона следует, что

\( p = \frac{{\nu RT}}{V} \), \( {p_{вл}} = \frac{{(\nu + {\nu _{св}})RT}}{V} \),

где \( p \) — парциальное давление водяного пара, \( {p_{вл}} \) — давление влажного воздуха, \( \nu \) — количество моль водяного пара в трубке, \( {{\nu _{св}}} \) — количество моль сухого воздуха в трубке.

Отсюда следует, что \( \frac{p}{{{p_{вл}}}} = \frac{\nu }{{\nu + {\nu _{св}}}} = const \)

Поэтому \( \frac{{{p_1}}}{{{p_2}}} = \frac{{{p_{1вл}}}}{{{p_{2вл}}}} \), и для изотермического процесса для парциальных давлений водяного пара имеем:

\( \frac{{{p_1}}}{{{p_2}}} = \frac{{{V_2}}}{{{V_1}}} = \frac{{{p_0}}}{{{p_0} - \rho gl}} \)

5. После объединения записанных выше уравнений получим выражение для относительной влажности воздуха во втором случае:

\( {\varphi _2} = {\varphi _1} \cdot \frac{{{p_0} - \rho gl}}{{{p_0}}} = \) \( {\varphi _1} \cdot \frac{{\rho gH - \rho gl}}{{\rho gH}} \)\( = {\varphi _1}\frac{{H - l}}{H} = \) \( 80 \cdot \frac{{760 - 76}}{{760}} \) = 72%

Ответ: \( {\varphi _2} \) = 72%

P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке ;)
При обращении указывайте id этого вопроса - 21486.

21478. В запаянной с одного конца трубке находится влажный воздух, отделённый от атмосферы столбиком ртути длиной \( l \) = 100 мм. Когда трубка лежит горизонтально, относительная влажность воздуха \( {\varphi _1} \) в ней равна 60 %. Какой станет относительная влажность этого воздуха \( {\varphi _2} \), если трубку поставить вертикально открытым концом вверх? Атмосферное давление равно 760 мм рт. ст. Температуру считать постоянной.

Задание ЕГЭ по физике
1. Относительная влажность воздуха в трубке в первом случае: \( {\varphi _1} = \frac{{{p_1}}}{{{p_н}}} \), где \( {p_1} \) — давление водяных паров в трубке, \( {p_н} \) — давление насыщенных водяных паров при той же температуре. Для второго случая относительная влажность воздуха в трубке: \( {\varphi _2} = \frac{{{p_2}}}{{{p_н}}} \), где \( {{p_2}} \) — парциальное давление водяных паров в трубке.

2. Давление влажного воздуха в первом случае равно атмосферному давлению: \( {p_{1вл}} = {p_0} \), а во втором случае - \( {p_{2вл}} = {p_0} + \rho gl \), где \( \rho \) — плотность ртути, а \( l \) — длина столбика ртути. Заметим, что \( {p_0} = \rho gH \), где \( H \) = 760 мм.

3. Объём влажного воздуха при изменении положения трубки изменился так, как изменились длины столбиков воздуха, запертых ртутью. Считаем влажный воздух идеальным газом. Поэтому по закону Бойля-Мариотта можем записать

\( \frac{{{V_2}}}{{{V_1}}} = \frac{{{l_2}}}{{{l_1}}} = \)\( \frac{{{p_0}}}{{{p_0} + \rho gl}} \)

4. Из уравнения Менделеева-Клапейрона следует, что

\( p = \frac{{\nu RT}}{V} \), \( {p_{вл}} = \frac{{(\nu + {\nu _{св}})RT}}{V} \),

где \( p \) — парциальное давление водяного пара, \( {p_{вл}} \) — давление влажного воздуха, \( \nu \) — количество моль водяного пара в трубке, \( {{\nu _{св}}} \) — количество моль сухого воздуха в трубке.

Отсюда следует, что \( \frac{p}{{{p_{вл}}}} = \frac{\nu }{{\nu + {\nu _{св}}}} = const \)

Поэтому \( \frac{{{p_1}}}{{{p_2}}} = \frac{{{p_{1вл}}}}{{{p_{2вл}}}} \), и для изотермического процесса для парциальных давлений водяного пара имеем:

\( \frac{{{p_1}}}{{{p_2}}} = \frac{{{V_2}}}{{{V_1}}} = \frac{{{p_0}}}{{{p_0} + \rho gl}} \)

5. После объединения записанных выше уравнений получим выражение для относительной влажности воздуха во втором случае:

\( {\varphi _2} = {\varphi _1} \cdot \frac{{{p_0} + \rho gl}}{{{p_0}}} = \) \( {\varphi _1} \cdot \frac{{\rho gH + \rho gl}}{{\rho gH}} \)\( = {\varphi _1}\frac{{H + l}}{H} = \) \( 60 \cdot \frac{{760 + 100}}{{760}} \) = 68%

Ответ: \( {\varphi _2} \) = 68%

P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке ;)
При обращении указывайте id этого вопроса - 21478.

21470. В комнате при 20 °С относительная влажность воздуха составляет 40%. При умеренной физической нагрузке через лёгкие человека проходит 15 л воздуха за 1 мин. Выдыхаемый воздух имеет температуру 34 °С и относительную влажность 100%. Давление насыщенного водяного пара при 20 °С равно 2,34 кПа, а при 34 °С - 5,32 кПа. Какую массу воды теряет тело человека за 1 ч за счёт дыхания? Считать, что объём выдыхаемого воздуха равен объёму, который проходит через лёгкие человека. Влажность воздуха в комнате считать неизменной.

1. Водяной пар в воздухе до момента конденсации является разреженным газом и описывается уравнением Менделеева — Клапейрона: \( pV = \frac{m}{M}RT \), где \( p \) — парциальное давление пара, \( m \) — масса пара в рассматриваемом объёме \( V \), \( T \) — абсолютная температура, а \( M \) = 18 · 10-3 кг/моль — молярная масса воды

При комнатной температуре \( {T_1} \), и парциальном давлении \( {p_1} \) в выделенном объёме \( V \) содержится \( {m_1} = M\frac{{{p_1}V}}{{R{T_1}}} \) водяного пара, а в выдыхаемом воздухе при температуре \( {T_2} \) и парциальном давлении \( {p_2} \) содержится \( {m_2} = M\frac{{{p_2}V}}{{R{T_2}}} \)

2. Масса испарённой воды в этом объёме:

\( m = {m_2} - {m_1} = M\frac{{{p_2}V}}{{R{T_2}}} \)\( - M\frac{{{p_1}V}}{{R{T_1}}} = \frac{{MV}}{R}\left( {\frac{{{p_2}}}{{{T_2}}} - \frac{{{p_1}}}{{{T_1}}}} \right) \)

При \( {t_1} \) = 20 °С (\( {T_1} \) = 273 + 20 = 293 К) и относительной влажности 40 % парциальное давление водяного пара \( {p_1} = 0,4{p_{н1}} = 0,4 \cdot 2,34 \cdot {10^3} \) Па = 936 Па, а при \( {t_2} \) = 34 °С (\( {T_2} \) = 273 + 34 = 307 К) и относительной влажности 100 % парциальное давление водяного пара \( {p_2} = {p_{н2}} = 5320 \) Па

Здесь \( {p_{н1}} = 2,34 \cdot {10^3} \) Па — давление насыщенного водяного пара при \( {t_1} \) = 20 °С, а \( {p_{н2}} \) = 5320 Па — давление насыщенного водяного пара при \( {t_2} \) = 34 °С

3. Через лёгкие за 1 мин проходит 15 л воздуха, а за 1 ч. — 900 л, т.е. \( V \) = 0,9 м3. Подставляя значения физических величин, получим количество потерянной за час воды:

\( m = \frac{{MV}}{R}\left( {\frac{{{p_2}}}{{{T_2}}} - \frac{{{p_1}}}{{{T_1}}}} \right) = \)\( \frac{{18 \cdot {{10}^{ - 3}} \cdot 0,9}}{{8,31}} \cdot \left( {\frac{{5320}}{{307}} - \frac{{936}}{{293}}} \right) \) ≈ 27,6 · 10-3 кг = 27,6 г

Ответ: m ≈ 27,6 г

P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке ;)
При обращении указывайте id этого вопроса - 21470.

21462. На улице при 17 °С относительная влажность воздуха составляет 60%. При умеренной физической нагрузке через лёгкие человека проходит 15 л воздуха за 1 мин. Выдыхаемый воздух имеет температуру 34 °С и относительную влажность 100 %. Давление насыщенного водяного пара при 17 °С равно 1,94 кПа, а при 34 °С - 5,32 кПа. Какую массу воды теряет тело человека за 20 минут за счёт дыхания? Считать, что объём выдыхаемого воздуха равен объёму, который проходит через лёгкие человека. Влажность воздуха на улице считать неизменной.

1. Водяной пар в воздухе до момента конденсации является разреженным газом и описывается уравнением Менделеева — Клапейрона: \( pV = \frac{m}{M}RT \), где \( p \) — парциальное давление пара, \( m \) — масса пара в рассматриваемом объёме \( V \), \( T \) — абсолютная температура, а \( M \) = 18 · 10-3 кг/моль — молярная масса воды

При комнатной температуре \( {T_1} \), и парциальном давлении \( {p_1} \) в выделенном объёме \( V \) содержится \( {m_1} = M\frac{{{p_1}V}}{{R{T_1}}} \) водяного пара, а в выдыхаемом воздухе при температуре \( {T_2} \) и парциальном давлении \( {p_2} \) содержится \( {m_2} = M\frac{{{p_2}V}}{{R{T_2}}} \)

2. Масса испарённой воды в этом объёме:

\( m = {m_2} - {m_1} = M\frac{{{p_2}V}}{{R{T_2}}} \)\( - M\frac{{{p_1}V}}{{R{T_1}}} = \frac{{MV}}{R}\left( {\frac{{{p_2}}}{{{T_2}}} - \frac{{{p_1}}}{{{T_1}}}} \right) \)

При \( {t_1} \) = 17 °С (\( {T_1} \) = 273 + 17 = 290 К) и относительной влажности 40 % парциальное давление водяного пара \( {p_1} = 0,6{p_{н1}} = 0,6 \cdot 1,94 \cdot {10^3} \) Па = 1164 Па, а при \( {t_2} \) = 34 °С (\( {T_2} \) = 273 + 34 = 307 К) и относительной влажности 100 % парциальное давление водяного пара \( {p_2} = {p_{н2}} = 5320 \) Па

Здесь \( {p_{н1}} = 1,94 \cdot {10^3} \) Па — давление насыщенного водяного пара при \( {t_1} \) = 17 °С, а \( {p_{н2}} \) = 5320 Па — давление насыщенного водяного пара при \( {t_2} \) = 34 °С

3. Через лёгкие за 1 мин проходит 15 л воздуха, а за 20 мин. — 300 л, т.е. \( V \) = 0,3 м3. Подставляя значения физических величин, получим количество потерянной за час воды:

\( m = \frac{{MV}}{R}\left( {\frac{{{p_2}}}{{{T_2}}} - \frac{{{p_1}}}{{{T_1}}}} \right) = \)\( \frac{{18 \cdot {{10}^{ - 3}} \cdot 0,3}}{{8,31}} \cdot \left( {\frac{{5320}}{{307}} - \frac{{1164}}{{290}}} \right) \) ≈ 8,65 · 10-3 кг = 8,65 г

Ответ: m ≈ 8,65 г

P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке ;)
При обращении указывайте id этого вопроса - 21462.

21454. Закрытый сверху вертикальный цилиндрический сосуд, заполненный воздухом, разделён тяжёлым поршнем, способным скользить без трения, на две части. В начальном равновесном состоянии в верхней и нижней частях сосуда находилось по \( \nu \) = 1 моль воздуха, а отношение объёмов верхней и нижней частей сосуда было равно 2. После того как из нижней части сосуда удалили некоторое количество воздуха \( \Delta \nu \), через длительный промежуток времени установилось новое состояние равновесия с отношением объёмов верхней и нижней частей сосуда, равным 3. Температура воздуха T в обеих частях сосуда всё время поддерживалась одинаковой и постоянной. Определите, какое количество воздуха было удалено из сосуда.

Задание ЕГЭ по физике
1. Запишем уравнение Менделеева — Клапейрона для газа в верхней и нижней частях сосуда в начальном равновесном состоянии: \( {p_1}{V_1} = \nu RT \), \( {p_2}{V_2} = \nu RT \), где \( {p_1} \), \( {p_2} \) — давление воздуха в верхней и нижней частях сосуда, \( {V_1} \), \( {V_2} \) — объёмы верхней и нижней частей сосуда.

2. Запишем уравнение Менделеева Клапейрона для газа в верхней и нижней частях сосуда после откачки воздуха: \( {p_1}'{V_1}' = \nu RT \), \( {p_2}'{V_2}' = (\nu - \Delta \nu )RT \) где \( {p_1}' \), \( {p_2}' \) — давление воздуха в верхней и нижней частях сосуда, \( {V_1}' \), \( {V_2}' \) — объёмы верхней и нижней частей сосуда.

3. Условие механического равновесия поршня в начальном состоянии: \( {p_2} - {p_1} = \frac{{Mg}}{S} \), а после откачки воздуха: \( {p_2}' - {p_1}' = \frac{{Mg}}{S} \), где M — масса поршня, S — площадь его горизонтального сечения.

4. Из условия задачи: \( V = {V_1} + {V_2} = {V_1}' + {V_2}' \)

\( \frac{{{V_1}}}{{{V_2}}} = 2;\frac{{{V_1}'}}{{{V_2}'}} = 3 \Rightarrow {V_2} = \frac{V}{3} \), \( {V_1} = \frac{{2V}}{3},{V_2}' = \frac{V}{4},{V_1}' = \frac{{3V}}{4} \)

где V — объём всего сосуда.

5. После объединения записанных выше выражений получим уравнение:

\( \frac{{3\nu RT}}{V} - \frac{{3\nu RT}}{{2V}} = \)\( \frac{{4(\nu - \Delta \nu )RT}}{V} - \frac{{4\nu RT}}{{3V}} \)

откуда получим: \( \Delta \nu = \frac{{7\nu }}{{24}} = \frac{{7 \cdot 1}}{{24}} \) ≈ 0,29 моль

Ответ: \( \Delta \nu \) ≈ 0,29 моль

P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке ;)
При обращении указывайте id этого вопроса - 21454.

21446. Закрытый сверху вертикальный цилиндрический сосуд, заполненный воздухом, разделён тяжёлым поршнем, способным скользить без трения, на две части. В начальном равновесном состоянии в верхней и нижней частях сосуда находилось по \( \nu \) = 1 моль воздуха, а отношение объёмов верхней и нижней частей сосуда было равно 2. После того как из верхней части сосуда удалили некоторое количество воздуха \( \Delta \nu \), через длительный промежуток времени установилось новое состояние равновесия с отношением объёмов верхней и нижней частей сосуда, равным 2:3. Температура воздуха T в обеих частях сосуда всё время поддерживалась одинаковой и постоянной. Определите, какое количество воздуха было удалено из сосуда.

Задание ЕГЭ по физике
1. Запишем уравнение Менделеева — Клапейрона для газа в верхней и нижней частях сосуда в начальном равновесном состоянии: \( {p_1}{V_1} = \nu RT \), \( {p_2}{V_2} = \nu RT \), где \( {p_1} \), \( {p_2} \) — давление воздуха в верхней и нижней частях сосуда, \( {V_1} \), \( {V_2} \) — объёмы верхней и нижней частей сосуда.

2. Запишем уравнение Менделеева Клапейрона для газа в верхней и нижней частях сосуда после откачки воздуха: \( {p_1}'{V_1}' = (\nu - \Delta \nu )RT \), \( {p_2}'{V_2}' = \nu RT \) где \( {p_1}' \), \( {p_2}' \) — давление воздуха в верхней и нижней частях сосуда, \( {V_1}' \), \( {V_2}' \) — объёмы верхней и нижней частей сосуда.

3. Условие механического равновесия поршня в начальном состоянии: \( {p_2} - {p_1} = \frac{{Mg}}{S} \), а после откачки воздуха: \( {p_2}' - {p_1}' = \frac{{Mg}}{S} \), где M — масса поршня, S — площадь его горизонтального сечения.

4. Из условия задачи: \( V = {V_1} + {V_2} = {V_1}' + {V_2}' \)

\( \frac{{{V_1}}}{{{V_2}}} = 2;\frac{{{V_1}'}}{{{V_2}'}} = \frac{2}{3} \Rightarrow {V_2} = \frac{V}{3} \), \( {V_1} = \frac{{2V}}{3},{V_1}' = \frac{{2V}}{5},{V_2}' = \frac{{3V}}{5} \)

где V — объём всего сосуда.

5. После объединения записанных выше выражений получим уравнение:

\( \frac{{3\nu RT}}{V} - \frac{{3\nu RT}}{{2V}} = \)\( \frac{{5\nu RT}}{{3V}} - \frac{{5(\nu - \Delta \nu )RT}}{{2V}} \)

откуда получим: \( \Delta \nu = \frac{{14}}{{15}}\nu = \frac{{14 \cdot 1}}{{15}} \) ≈ 0,93 моль

Ответ: \( \Delta \nu \) ≈ 0,93 моль

P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке ;)
При обращении указывайте id этого вопроса - 21446.

Для вас приятно генерировать тесты, создавайте их почаще