Внутренняя энергия
Тестовые задачи
-
Идеальный одноатомный газ переходит из состояния 1 в состояние 2 (см. диаграмму). Масса газа не меняется. Как меняются в ходе указанного на диаграмме процесса давление газа, его объём и внутренняя энергия?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится.Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Давление Объём Внутренняя энергия
-
В процессе расширения 1 моль разреженного гелия его внутренняя энергия всё время остаётся неизменной. Как изменяются при этом температура гелия и его давление?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится.Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Температура гелия Давление гелия Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
В ходе адиабатического процесса внутренняя энергия одного моля разреженного гелия увеличивается. Как изменяются при этом температура гелия и его объём?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится.Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Температура гелия Объём гелия Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
В вертикальном сосуде под подвижным поршнем находится идеальный газ массой m при температуре T. Массу газа уменьшили в 3 раза, а температуру увеличили в 2 раза. Как изменяются при этом давление газа и внутренняя энергия газа под поршнем? Трением поршня о стенки сосуда пренебречь.
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится.Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Давление газа Внутренняя энергия газа Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
Объём сосуда с идеальным газом уменьшили вдвое, выпустив половину газа и поддерживая температуру газа в сосуде постоянной. Как изменятся в результате этого давление газа в сосуде и его внутренняя энергия?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится.Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Давление газа Внутренняя энергия газа Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
На pV – диаграмме показан процесс изменения состояния 4 моль идеального одноатомного газа. Газ отдал в окружающую среду количество теплоты, равное 2,5 кДж. На сколько уменьшилась внутренняя энергия газа в этом процессе?
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
На рисунке показан график зависимости давления одноатомного идеального газа от температуры при постоянной массе. В состоянии 1 внутренняя энергия газа равна 1,5 кДж. Чему равна внутренняя энергия газа в состоянии 2?
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
В сосуде находится 1 моль идеального одноатомного газа. В состоянии 1 температура газа равна 100 К. Определите внутреннюю энергию газа в состоянии 2. Ответ приведите в кДж, округлив до целых.
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
Расчетные задачи
-
Идеальный одноатомный газ находится в сосуде с жёсткими стенками объёмом \(0,6\;м^3\). При нагревании его внутренняя энергия увеличилась на 18 кДж. На сколько возросло давление газа?
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
При температуре T=37 ℃ внутренняя энергия идеального газа U=1,5 Дж. Определите число атомов газа.
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
2 часть
Теплоизолированные сосуды
-
В теплоизолированном цилиндре, разделённом на две части тонким невесомым теплопроводящим поршнем, находится идеальный одноатомный газ. В начальный момент времени поршень закреплён, а параметры состояния газа – давление, объём и температура – в одной части цилиндра равны \(p_1=1\;атм\), \(V_1=1\;л\) и \(T_1=300\;К\), а в другой, соответственно, \(p_2=2\;атм\), \(V_2=1\;л\) и \(T_2=600\;К\). Поршень отпускают, и он начинает двигаться без трения. Какое давление газа установится в цилиндре спустя достаточно долгое время, когда будет достигнуто состояние равновесия? Теплоёмкостями цилиндра и поршня можно пренебречь.
-
Два одинаковых теплоизолированных сосуда соединены короткой трубкой с краном. В первом сосуде находится \(\nu_1=2\;моль\) гелия при температуре \(T_1=400\;К\); во втором – \(\nu_2=3\;моль\) аргона при температуре \(T_2=300\;К\). Кран открывают. В установившемся равновесном состоянии давление в сосудах становится p=5,4 кПа. Определите объем V сосуда. Объёмом трубки пренебречь.
-
Два теплоизолированных сосуда, объёмы которых \(V_1=2V\) и \(V_2=V\), соединены между собой трубкой с вентилем. Вентиль закрыт. Сосуды содержат соответственно разряженной аргон и разряженный криптон в количествах \(\nu_1\) и \(\nu_2=2\nu_1\) при температурах \(T_1\) и \(T_2=2T_1\) соответственно. Каким будет давление в сосудах, если вентиль открыть? Объёмом трубки пренебречь.
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
Задачи, комбинированные с механикой
-
В вакууме закреплен горизонтальный цилиндр. В цилиндре находится 0,1 моль гелия, запертого поршнем. Поршень массой 90 г удерживается упорами и может скользить влево вдоль стенок цилиндра без трения. В поршень попадает пуля массой 10 г, летящая горизонтально со скоростью 400 м/с, и застревает в нем. Как изменится температура гелия в момент остановки поршня в крайнем левом положении? Считать, что за время движения поршня газ не успевает обменяться теплом с сосудом и поршнем.
Источник: Мякишев Г. Я. Учебник для 10 класса. Механика.
Работа газа
Тестовые задачи
-
Чему равна работа газа в процессе CD, если он получил в этом процессе 20 кДж теплоты?
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
На рисунке показаны различные процессы изменения состояния идеального газа. Масса газа постоянна. В каком из процессов (1, 2, 3 или 4) работа внешних сил равна нулю?
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
На pV – диаграмме показано, как изменялось давление газа при его переходе из состояния 1 в состояние 3. Каково отношение \(\frac{A_{23}}{A_{12}}\) работ газа в процессах 2-3 и 1-2?
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
На рисунке изображена диаграмма четырёх последовательных изменений состояния 2 моль идеального газа. В каком процессе работа газа имеет положительное значение и минимальна по величине, а в каком работа внешних сил положительна и минимальна по величине?
Установите соответствие между этими процессами и номерами процессов на диаграмме. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ПРОЦЕСС
А) работа внешних сил положительна и минимальна
Б) работа газа положительна и минимальна
НОМЕР ПРОЦЕССА
1) 1
2) 2
3) 3
4) 4
Источник: Демидова М. Ю. Типовые тестовые задания.
-
Зависимость объёма постоянной массы идеального газа от температуры показана на V-T – диаграмме. Выберите все верные утверждения о процессе, происходящем с газом.
1) Давление газа максимально в состоянии D.
2) При переходе из состояния D в состояние A внутренняя энергия увеличивается.
3) При переходе из состояния B в состояние C работа газа всё время положительна.
4) Давление газа в состоянии C больше, чем давление газа в состоянии A.
5) При переходе из состояния B в состояние C внутренняя энергия увеличивается.
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
На p-V – диаграмме показаны два процесса, проведённые с одним и тем же количеством газообразного неона. Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения, характеризующие процессы на графике.
1) В процессе 2 абсолютная температура неона изобарно увеличилась в 2 раза.
2) В процессе 1 плотность неона увеличилась в 5 раз.
3) В процессе 1 неон изобарно увеличивает свой объем в 5 раз.
4) В процессе 2 концентрация молекул неона увеличилась в 2 раза.
5) Работа совершённая неоном в процессе 1, больше, чем в процессе 2.
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
Газ в количестве 5 моль последовательно перешёл из состояния 1 в состояние 2, а затем в состояния 3 и 4. Выберите все верные утверждения о процессах, происходящих с газом.
1) На участке 1-2 работа газа равна нулю.
2) На участке 2-3 работа газа равна нулю.
3) На участке 1-2 давление газа увеличивалась.
4) Давление газа максимально в состоянии 3.
5) Внутренняя энергия газа максимальна в состоянии 4.
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
Расчетные задачи
-
Газ переводят из состояния 1 в состояние 3 так, как показано на p-V – диаграмме. Чему равна работа, совершенная газом в процессе 1-2-3, если \(p_0=80\;кПа\), \(V_0=2\;л\)?
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
Определите массу водорода, находящегося под поршнем в цилиндрическом сосуде, если при нагревании его от 250 К до 680 К при постоянном давлении была совершена работа 392 Дж.
-
При изобарическом расширении идеального одноатомного газа была совершена работа 200 Дж. Определите изменение внутренней энергии газа.
-
Кислород, взятый при температуре 27 °С, изобарически сжали до объёма в 5 раз меньше первоначального. Определите работу внешней силы при сжатии, если масса газа 160 г.
-
В вертикально расположенном цилиндре с площадью основания 1 дм2 под поршнем массой 10 кг, скользящим без трения, находится воздух. При изобарном нагревании воздуха поршень поднялся на 20 см. Какую работу совершил воздух, если наружное давление равно 100 кПа?
Источник: Рымкевич А. В. Физика. Задачник 10-11 класс.
-
В цилиндре с площадью основания 0,01 м2 находится воздух при температуре 250 К. На высоте 50 см от основания цилиндра располагается поршень массой 100 кг. Какую работу совершит расширившийся воздух, если нагреть его до 300 К? Атмосферное давление 100 кПа.
Первый закон термодинамики
Тестовые задачи
-
На графике показана зависимость давления одноатомного идеального газа от его объёма. При переходе из состояния 1 в состояние 2 газ совершил работу, равную 5 кДж. Чему равно количество теплоты, полученное газом при этом переходе?
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
На рисунке показан циклический процесс изменения состояния постоянной массы одноатомного идеального газа. На каком участке работа газа положительна и равна полученному газом количеству теплоты?
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
На рисунке показан график изменения состояния постоянной массы одноатомного идеального газа. В этом процессе газ получил количество теплоты, равное 3 кДж. Насколько в результате этого увеличилась его внутренняя энергия?
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
Какое количество теплоты отдает окружающей среде 1 моль гелия при изохорном охлаждении от температуры 325 К до температуры 285 К?
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
Установите соответствие между графиками процессов, в которых участвует 1 моль идеального газа, и значениями физических величин, характеризующих эти процессы (∆U – изменению внутренней энергии; A – работа газа). К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ГРАФИКИ
А) работа внешних сил положительна и минимальна
Б) работа газа положительна и минимальна
ЗНАЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
\(1)\;\Delta U=0;\;A>0\)
\(2)\;\Delta U>0;\;A>0\)
\(\)
\(4)\;\Delta U=0;\;A<0\)
Источник: Демидова М. Ю. Типовые тестовые задания.
-
На рисунке показан график циклического процесса, проведенного с одноатомным идеальным газом, в координатах V-T, где V – объём газа, T – абсолютная температура газа. Количество вещества газа постоянно. Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения, характеризующие отражённые на графике процессы.
1) Давление газа в процессе CD постоянно, при этом внешние силы совершают над газом положительную работу.
2) В процессе DA давление газа изохорно уменьшается.
3) В процессе AB газ отдаёт в окружающую среду положительное количество теплоты.
4) В состоянии B концентрация атомов газа максимальна.
5) В процессе BC внутренняя энергия газа остаётся постоянной.
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
Зависимость температуры одного моля одноатомного идеального газа от давления показана на рисунке. Выберите все верные утверждения, которые верно отражают результаты этого эксперимента.
1) В процессе 1-2 объём газа увеличили в 3 раза.
2) В процессе 2-3 газ совершил работу.
3) В процессе 2-3 внутренняя энергия газа уменьшалась.
4) В процессе 1-2 к газу подводили тепло.
5) Объём газа в состоянии 3 равен объёму газа в состоянии 1.
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
С идеальным газом происходит циклический процесс 1-2-3-4-1, pV – диаграмма которого представлена на рисунке. Максимальная температура, достигаемая газом в этом процессе, составляет 400 К. На основании анализа этого циклического процесса выберите все верные утверждения.
1) Количество вещества газа, участвующего в циклическом процессе, превышает 0,5 моля.
2) Работа газа при его изобарном расширении равна 400 Дж.
3) Работа совершенная над газом при его изобарном сжатии, равна 100 Дж.
4) На участке 2-3 газ отдаёт положительное количество теплоты.
5) Минимальная температура газа в циклическом процессе равна 100 К.
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
При изучении процессов, происходящих с газом, ученик занес в таблицу результаты измерения температуры и давления одного и того же количества газа в различных равновесных состояниях. Выберите все верные утверждения, соответствующие результатам этих опытов. Газ считать идеальным.
№ опыта 1 2 3 4 5 6 7 p, кПа 200 180 150 100 110 150 200 t, ℃ 27 27 27 27 57 177 327 1) Объём газа в состоянии 4 в 2 раза меньше объема газа в состоянии 1.
2) В опытах 4-7 объём газа был одинаковым.
3) Внутренняя энергия газа в опыте 6 в 3 раза больше, чем в опыте 5.
4) При переходе от состояния 2 к состоянию 3 газ получил тепло.
5) При переходе от состояния 5 к состоянию 6 газ совершил работу.
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
Расчетные задачи
-
Идеальный газ отдал количество теплоты 600 Дж, при этом его внутренняя энергия увеличилась на 200 Дж. Чему равна работа, совершенная над газом?
-
Нагреваемый при постоянном давлении идеальный одноатомный газ совершил работу 400 Дж. Какое количество теплоты было передано газу?
-
Идеальный одноатомный газ адиабатно переводят из состояния с давлением 220 кПа и объёмом 1 л в состояние с давлением 40 кПа и объемом 2 л. Определите работу, совершенную газом.
2 часть
-
На диаграмме представлены изменения давления и объема идеального одноатомного газа. Какое количество теплоты было получено или отдано газом при переходе из состояния 1 в состояние 3?
-
С одним молем идеального газа проводят процесс 1-2-3, изображенный на TV-диаграмме. Известно, что \(T_1=300\;К\), а \(\frac{V_3}{V_1}=4\). Каким количеством теплоты \(Q_{123}\) газ обменялся с окружающими телами в этом процессе? Ответ округлите до десятых долей кДж.
-
Один моль одноатомного идеального газа совершает процесс 1-2-3 (см. рисунок, где \(T_0=100\;К\)). На участке 2-3 к газу подводят \(Q_{23}=2,5\;кДж\) теплоты. Найдите отношение работы \(A_{123}\), совершаемой газом в ходе процесса, к количеству поглощенной газом теплоты \(Q_{123}\).
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
Идеальный одноатомный газ в количестве 1 моль сначала изотермически расширился (\(T_1=300\;К\)). Затем газ изохорно нагрели, повысив его давление в 3 раза (см. рисунок). Какое количество теплоты получил газ на участке 2-3?
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
Один моль одноатомного идеального газа совершает процесс 1-2-3, график которого показан на рисунке в координатах T-V. Известно, что в процессе 1-2 газ совершил работу 2,5 кДж, а в процессе 2-3 объём газа V увеличился в 3 раза. Какое количество теплоты было сообщено газу в процессе 1-2-3, если его температура T в состоянии 1 равна 300 К?
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
В сосуде объемом \(V=0,02\;м^3\) с жесткими стенками находится одноатомный газ при атмосферном давлении. В крышке сосуда имеется отверстие площадью S, заткнутое пробкой. Максимальная сила трения покоя F пробки о края отверстия равна 100 Н. Пробка выскакивает, если газу передать количество теплоты не менее 15 кДж. Определите значение S, полагая газ идеальным. Массой пробки пренебречь.
Источник: Лукашева А. В. Типовые тестовые задания.
-
Цилиндрический сосуд радиусом R=10 см, в котором находится идеальный газ под поршнем массой M=12,7 кг, закреплен на наклонной плоскости с углом наклона α=30°. Поршень может скользить без трения вдоль стенок сосуда. Газу сообщают количество теплоты Q = 100 Дж. При этом поршень перемещается на расстояние
l=2 см. Определите изменение внутренней энергии газа. Атмосферное давление \(p_0=10^5\;Па\).
-
В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Первоначальное давление \(p=4\cdot10^5\;Па\). Расстояние от дна сосуда до поршня L=30 см. Площадь поперечного сечения поршня \(S=25\;см^2\). В результате медленного нагревания газа поршень сдвинулся на расстояние x=10 см. При движении поршня на него со стороны стенок сосуда действует сила трения величиной \(F_{тр}=3\cdot10^3\;Н\). Какое количество теплоты получил газ в этом процессе? Считать, что сосуд находится в вакууме.
-
Один моль аргона, находящийся в цилиндре при температуре \(T_1=600\;К\) и давлении \(p_1=4\cdot10^5\;Па\), расширяется и одновременно охлаждается так, что его давление при расширении обратно пропорционально квадрату объёма. Конечное давление газа \(p_2=10^5\;Па\). Какую работу совершил газ при расширении, если он отдал холодильнику количество теплоты 1240 Дж?
-
Идеальный одноатомный газ расширяется сначала адиабатно, а затем изобарно. Конечная температура газа равна начальной (см. рисунок). При адиабатном расширении газ совершил работу, равную 3 кДж. Какова работа газа за весь процесс 1-2-3?
