Буду выделять так физические законы и формулы необходимые для решения задачи.
Комментарии к задачам в предыдущем сообщении.
Задача 1.
Эта довольно простая задача - на применение
уравнения Клапейрона-Менделеева. Изюминка в том, что это уравнение содержит число молей (массу) газа и может быть использовано для его подсчета. На земле данной массе газа хватало 7/8 объема шара, а на высоте газ так расширился, что часть его вышла из шара (но оставшийся газ занял весь объем шара).
.Эту задачу иногда комбинируют с вычислением подъемной силы шара (веса, который шар может поднять). Эта сила численно равна весу вытесненного из оболочки воздуха за вычетом веса водорода в оболочке. Посчитайте - у меня получилось около Земли шар поднимет груз весом 785 Н, а на высоте -чуть меньше.
Кроме того, можно посмотреть
задачу №9 на странице.
Задача 2.
-также несложная задача на
уравнение Клапейрона-Менделеева и закон Дальтона. При наличии полупроницаемой перегородки, газ, который она пропускает, равномерно займет весь доступный объем. Соответственно условиям задачи:
Давление каждого газа можно рассчитать независимо с помощью уравнения Клапейрона-Менделеева, подставляя соответствующий объем: для водорода - V, азота -2V/3, кислорода -V/3.
Давление же в каждой части сосуда, согласно закону Дальтона (давление смеси химически не взаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений), определяется суммой давлений присутствующих газов. В левой части - давлением водорода р1=р(Н) =1,3 МПа, в центре р2=р(Н)+р(О2)+р(N2) =2,9 МПа, в правой части р3=р(Н)+р(N2) =1,6 МПа.
В Интернете вы можете встретить задачи, в которых в перегородке, в целом непроницаемой, имеется отверстие, диаметр которого меньше длины свободного пробега молекул газа (или просто "очень мало"). В таких случаях возникает
явление эффузии. Задачи такого сорта - вузовские или олимпиадные. На ЕГЭ их не будет, не теряйте время.
Задача 3.
Я уже где-то писала, что качественные задачи являются самыми сложными для школьников. Они подкупают своей кажущейся простотой. Не покупайтесь. Решайте такую задачу во 2-й части последней, чтобы исписав пол листа, не получить за это 0 баллов (как часто бывает).
В чем же дело? А дело в том, что решение будет засчитано, если вы не просто напишите, что будет происходить (предсказать это, обычно, достаточно просто), а укажете, почему это происходит.
Вот и в данной задаче
Ну как, всё предсказали и обосновали?
Задача 4.
Решение этой задачи вы легко найдете в Интернете, например,
здесь.
Однако, хочется сделать несколько замечаний.
Во-первых, задача на термодинамику без учета 1 начала термодинамики не обходится. Также редко обходится без уравнения Клапейрона-Менделеева и формул для внутренней энергии и работы газа.
Во-вторых,
1 начало термодинамики всегда записывайте единообразно, лучше так
Q = A
+ ΔU
т. е. количество теплоты, переданное газу, идет на совершение газом работы и изменение его внутренней энергии. И никаких работ внешних сил А'! Иначе - запутаетесь. При необходимости, получив значение работы газа А, используйте соотношение А'=-А.
В-третьих, запомните основные особенности изопроцессов (см. таблицу "
ПРИМЕНЕНИЕ 1 ЗАКОНА (НАЧАЛА) ТЕРМОДИНАМИКИ К РАЗЛИЧНЫМ ПРОЦЕССАМ (ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ)" здесь). Она поможет сориентироваться в трудную минуту и определить, как меняются характеристики газа.
В-четвертых, обратите внимание, что работу газа по формуле А=
p∙ΔV можно считать только при изобарическом процессе (при p=const и вообще, в механике A=F∙S при F=const). В общем случае работа равна площади под зависимостью p(V) в координатах p-V:
На этом рисунке работа газа равна площади ABCD, ее знак зависит от направления процесса. При A->B работа положительна, при В->А -отрицательна. В общем случае она рассчитывается как интеграл. Но, если зависимость АВ прямая - можно посчитать площадь этой фигуры из геометрических соображений.
Например, в рассматриваемой задаче в приводимом обычно решении
А12=S(треугольника 0-2-D)- S(треугольника 0-1-С),
а более универсально ее считать как площадь фигуры под процессом: А12=p0∙ΔV+(p2-p0)∙ΔV/2.
Убедитесь, что результат одинаков.
Задача 5.
Эта задача на тепловое равновесие была выбрана за экзотичность формулировки. В сущности, в части термодинамики, такая же задача про калориметр. Только нужно понимать, что время удара настолько мало, что шар не обменивается энергией с окружающей средой. Учтя всевозможные формулы механической энергии, 1 начало термодинамики и количество теплоты, необходимое для нагревания всего шара и плавления его части, имеем:
где m1-масса расплавившейся части, λ -удельная теплота плавления. Из записанного уравнения можно выразить и подсчитать скорость V=306 м/с.
Решая задачи на тепловой баланс, обратите внимание на отличный обобщающий рисунок в конце
статьи под названием "Последовательность процессов роста температуры Т и изменения агрегатного состояния вещества при нагревании и обратных переходах при охлаждении". Он поможет решать задачи на расчет термодинамического баланса в системах, где смешивают вещества в различных агрегатных состояниях.
Единственно, решая такие задачи, помните, что количество теплоты на завершение процесса плавления, превращения в газ может не хватить и он остановится. Подсчитывайте расходуемое количество теплоты отдельно и сравнивайте с выделяющимся, например,
как здесь. И не теряйте здравого смысла: если ваши героические расчеты при плавлении льда дали температуру ниже нуля, значит, что-то пошло не так (но не у льда).
