Задание A40A56: Молекулярная физика

Открытый банк ФИПИ · условие и решение задания

Открыть решение ↓ Ошибка или пожелание
Дайте развернутый ответ.

 

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, направленных 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.


 

i
СВОЙСТВА ЗАДАНИЯ
КЭС:
2.1.1 Модели строения газов, жидкостей и твердых тел
2.1.2 Тепловое движение атомов и молекул вещества
2.1.3 Взаимодействие частиц вещества
2.1.4 Диффузия. Броуновское движение
2.1.5 Модель идеального газа в МКТ
2.1.6 Связь между давлением и средней кинетической энергией посту-пательного теплового движения молекул идеального газа (основное уравнение МКТ)
2.1.7 Абсолютная температура
2.1.8 Связь температуры газа со средней кинетической энергией поступательного теплового движения его молекул
2.1.9 Уравнение p=nkT
2.1.10 Модель идеального газа в термодинамике
2.1.11 Закон Дальтона для давления смеси разреженных газов
2.1.12 Изопроцессы в разреженном газе с постоянным числом молекул N (с постоянным количеством вещества ν)
2.1.13 Насыщенные и ненасыщенные пары. Качественная зависимость плотности и давления насыщенного пара от температуры, их независимость от объёма насыщенного пара
2.1.14 Влажность воздуха
2.1.15 Изменение агрегатных состояний вещества: испарение и конденсация, кипение жидкости
2.1.16 Изменение агрегатных состояний вещества: плавление и кристаллизация
2.1.17 Преобразование энергии в фазовых переходах
Тип ответа:Развернутый ответ
Номер: A40A56
НЕ РЕШЕНО Изменить статус

Решение задания A40A56

Ответ: 18 кПа

Система отсчёта связана с Землёй. Газ считаем идеальным, трения о гладкие стенки нет. Примем g = 10 м·с⁻² и R = 8,31 Дж·моль⁻¹·К⁻¹.
1. Масса поршня m = 10 кг, S = 50 см² = 0,005 м². При движении сосуда ускорение a = 1 м·с⁻² направлено вверх; относительная высота газа постоянна. Следовательно в земной инерциальной системе поршень имеет то же ускорение. Ось Oy направим вверх. Силы: pS вверх, p₀S и mg вниз.
2. Второй закон Ньютона сначала для покоя, затем для ускоренного движения:
p₁S − p₀S − mg = 0,
p₂S − p₀S − mg = ma.
Отсюда p₁ = p₀ + mg÷S, p₂ = p₀ + m(g + a)÷S.
3. Температура и масса газа неизменны, объём уменьшился до β = 0,95 начального. Закон Бойля — Мариотта даёт p₁ = βp₂. Поэтому:
p₀ + mgS = β(p₀ + m(g + a)S),
p₀ = m[βa − (1 − β)g]S(1 − β).
Подстановка:
p₀ = 10 кг·(0,95·1 − 0,05·10) м·с⁻²0,005 м²·0,05 = 18000 Па.
4. Проверка. p₁ = 18000 + 20000 = 38000 Па, p₂ = 18000 + 22000 = 40000 Па. Их отношение 0,95 воспроизводит уменьшение объёма на 5%. Результирующая сила в движении равна 40000 Па·0,005 м² − 18000 Па·0,005 м² − 100 Н = 10 Н = ma.

Ответ: 18 кПа.

Молекулярная физика: схема решения задания A40A56
Обозначения: Поршень массой 10 кг: Oy направлена вверх: pS ↑; p₀S и mg ↓. Два состояния: Покой: p₁ = 38 кПа: Ускорение вверх: p₂ = 40 кПа. Проверка сжатия: V₂ = 0,95V₁: Внешнее давление 18 кПа.

Помочь улучшить сайт

Напишите пожелание к сайту или решению либо сообщите о найденной неточности в задании A40A56.

Сообщение увидит только команда сайта: на странице оно не публикуется.

Комментарии к решению

Комментарии видны всем посетителям сайта.

Комментариев пока нет. Будьте первым.

Чтобы оставить комментарий, войдите или зарегистрируйтесь.