10 задач по физике для 10 класса по теме «Первый закон термодинамики» — от простых к сложным, с ответами и подробными решениями. Решите задачу, введите ответ числом — сайт сразу проверит его. Если не получается, откройте решение: дано, формула, вычисление.
Газ получил от нагревателя количество теплоты 500 Дж. При этом газ совершил работу 200 Дж. Определите изменение внутренней энергии газа. Считайте работу, совершаемую газом, положительной.
Дано: Q = 500 Дж; A = 200 Дж.
Найти: ΔU.
Решение: По первому закону термодинамики: Q = ΔU + A. Отсюда ΔU = Q − A. Подставим значения: ΔU = 500 − 200 = 300 Дж.
Ответ: 300 Дж.
При нагревании газа его внутренняя энергия увеличилась на 450 Дж. При этом газ совершил работу 150 Дж. Определите количество теплоты, полученное газом.
Дано: ΔU = 450 Дж; A = 150 Дж.
Найти: Q.
Решение: По первому закону термодинамики: Q = ΔU + A. Подставим значения: Q = 450 + 150 = 600 Дж.
Ответ: 600 Дж.
Газ получил количество теплоты 800 Дж. В результате этого его внутренняя энергия увеличилась на 500 Дж. Определите работу, совершённую газом.
Дано: Q = 800 Дж; ΔU = 500 Дж.
Найти: A.
Решение: По первому закону термодинамики: Q = ΔU + A. Выразим работу: A = Q − ΔU. Подставим значения: A = 800 − 500 = 300 Дж.
Ответ: 300 Дж.
Газ находится в жёстком герметичном сосуде. При нагревании ему сообщили 2,4 кДж теплоты. Определите изменение внутренней энергии газа. Изменением объёма сосуда пренебречь.
Дано: Q = 2,4 кДж = 2400 Дж; V = const.
Найти: ΔU.
Решение: Поскольку объём газа не изменяется, работа газа равна нулю: A = pΔV = 0. По первому закону термодинамики: Q = ΔU + A. Следовательно, ΔU = Q = 2400 Дж.
Ответ: 2400 Дж.
Газ в цилиндре с подвижным поршнем расширяется при постоянном давлении 100 кПа. Его объём увеличивается на 0,01 м³. За время расширения газ получает 1,8 кДж теплоты. Определите изменение внутренней энергии газа.
Дано: p = 100 кПа = 100000 Па; ΔV = 0,01 м³; Q = 1,8 кДж = 1800 Дж.
Найти: ΔU.
Решение: 1. Найдём работу газа при постоянном давлении: A = pΔV. A = 100000 · 0,01 = 1000 Дж.
2. Применим первый закон термодинамики: Q = ΔU + A. Отсюда ΔU = Q − A. ΔU = 1800 − 1000 = 800 Дж.
Ответ: 800 Дж.
Газ сжимают в цилиндре с подвижным поршнем. Внешние силы совершают над газом работу 300 Дж. В процессе сжатия газ отдаёт окружающей среде 120 Дж теплоты. Определите изменение внутренней энергии газа. Работу, совершаемую самим газом, считайте положительной.
Дано: A = −300 Дж; Q = −120 Дж.
Найти: ΔU.
Решение: При сжатии работа совершается над газом, поэтому работа самого газа отрицательна. Газ отдаёт теплоту, поэтому Q также отрицательно. По первому закону термодинамики: Q = ΔU + A. Выразим изменение внутренней энергии: ΔU = Q − A. Подставим значения: ΔU = −120 − (−300) = −120 + 300 = 180 Дж.
Ответ: 180 Дж.
В цилиндре находится газ при постоянном давлении 150 кПа. При нагревании его объём увеличился с 4 л до 10 л. За это время газ получил 2,5 кДж теплоты. Определите изменение внутренней энергии газа. Ответ выразите в джоулях.
Дано: p = 150 кПа = 150000 Па; V₁ = 4 л = 0,004 м³; V₂ = 10 л = 0,01 м³; Q = 2,5 кДж = 2500 Дж.
Найти: ΔU.
Решение: 1. Определим изменение объёма: ΔV = V₂ − V₁ = 0,01 − 0,004 = 0,006 м³.
2. Рассчитаем работу газа: A = pΔV = 150000 · 0,006 = 900 Дж.
3. По первому закону термодинамики: ΔU = Q − A = 2500 − 900 = 1600 Дж.
Ответ: 1600 Дж.
Идеальный газ совершает замкнутый термодинамический цикл: после всех изменений он возвращается в исходное состояние. За полный цикл газ получает от нагревателя 1,2 кДж теплоты. Определите работу, совершённую газом за цикл.
Дано: Q = 1,2 кДж = 1200 Дж; ΔU = 0.
Найти: A.
Решение: В циклическом процессе газ возвращается в исходное состояние, поэтому изменение его внутренней энергии за полный цикл равно нулю: ΔU = 0. По первому закону термодинамики: Q = ΔU + A. Следовательно, A = Q = 1200 Дж.
Ответ: 1200 Дж.
Газ совершает двухэтапный процесс. На первом этапе он получает 600 Дж теплоты и совершает работу 250 Дж. На втором этапе газ охлаждается в жёстком сосуде и отдаёт окружающей среде 150 Дж теплоты. Определите общее изменение внутренней энергии газа за оба этапа.
Дано: Q₁ = 600 Дж; A₁ = 250 Дж; Q₂ = −150 Дж; A₂ = 0.
Найти: ΔU.
Решение: 1. Найдём изменение внутренней энергии на первом этапе: ΔU₁ = Q₁ − A₁ = 600 − 250 = 350 Дж.
2. На втором этапе объём газа не изменяется, поэтому работа равна нулю. Изменение внутренней энергии: ΔU₂ = Q₂ − A₂ = −150 − 0 = −150 Дж.
3. Общее изменение внутренней энергии равно сумме изменений на двух этапах: ΔU = ΔU₁ + ΔU₂ = 350 + (−150) = 200 Дж.
Ответ: 200 Дж.
В цилиндре с подвижным поршнем находится газ, начальная внутренняя энергия которого равна 2,0 кДж. Сначала газ получает 1,5 кДж теплоты и совершает работу 0,8 кДж. Затем газ адиабатически сжимают, совершая над ним внешними силами работу 0,4 кДж. Определите конечную внутреннюю энергию газа. Считайте работу газа положительной.
Дано: U₁ = 2,0 кДж = 2000 Дж; Q₁ = 1,5 кДж = 1500 Дж; A₁ = 0,8 кДж = 800 Дж; Q₂ = 0; A₂ = −0,4 кДж = −400 Дж.
Найти: U₂.
Решение: 1. На первом этапе по первому закону термодинамики изменение внутренней энергии равно: ΔU₁ = Q₁ − A₁ = 1500 − 800 = 700 Дж.
2. На втором этапе процесс адиабатический, поэтому теплообмен отсутствует: Q₂ = 0. Работа самого газа отрицательна, поскольку газ сжимают. Изменение внутренней энергии: ΔU₂ = Q₂ − A₂ = 0 − (−400) = 400 Дж.
3. Найдём общее изменение внутренней энергии: ΔU = ΔU₁ + ΔU₂ = 700 + 400 = 1100 Дж.
4. Конечная внутренняя энергия: U₂ = U₁ + ΔU = 2000 + 1100 = 3100 Дж.
Ответ: 3100 Дж.