9 задач по физике для 10 класса по теме «Работа газа в термодинамике» — 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 находится в цилиндре с подвижным поршнем. При постоянном давлении 100 кПа газ расширяется, увеличивая свой объём на 0,02 м³. Определите работу, совершённую газом.
Дано: p = 100 кПа = 100000 Па; ΔV = 0,02 м³.
Решение: При постоянном давлении работа газа определяется формулой A = p · ΔV.
Подставим значения: A = 100000 · 0,02 = 2000 Дж.
Ответ: 2000 Дж.
Газ в цилиндре сжимают при постоянном давлении 200 кПа. Объём газа уменьшается с 5 л до 2 л. Определите работу газа. При сжатии работа газа считается отрицательной.
Дано: p = 200 кПа = 200000 Па; V₁ = 5 л = 0,005 м³; V₂ = 2 л = 0,002 м³.
Решение: Работа газа при постоянном давлении: A = p · (V₂ − V₁).
Подставим значения: A = 200000 · (0,002 − 0,005) = 200000 · (−0,003) = −600 Дж.
Ответ: −600 Дж.
При изобарном расширении газ совершил работу 600 Дж. Изменение объёма газа составило 3 л. Определите давление газа в килопаскалях.
Дано: A = 600 Дж; ΔV = 3 л = 0,003 м³.
Решение: Работа газа при постоянном давлении A = p · ΔV. Отсюда давление p = A / ΔV.
Подставим значения: p = 600 / 0,003 = 200000 Па = 200 кПа.
Ответ: 200 кПа.
При постоянном давлении 150 кПа газ совершил работу 450 Дж. На сколько литров увеличился объём газа?
Дано: p = 150 кПа = 150000 Па; A = 450 Дж.
Решение: Работа газа A = p · ΔV. Выразим изменение объёма: ΔV = A / p.
Подставим значения: ΔV = 450 / 150000 = 0,003 м³.
Переведём в литры: 0,003 м³ = 3 л.
Ответ: 3 л.
Газ расширяется в два этапа. Сначала его объём увеличивается на 2 л при постоянном давлении 100 кПа. Затем объём увеличивается ещё на 1 л при постоянном давлении 200 кПа. Определите полную работу газа за оба этапа.
Дано: p₁ = 100 кПа = 100000 Па; ΔV₁ = 2 л = 0,002 м³; p₂ = 200 кПа = 200000 Па; ΔV₂ = 1 л = 0,001 м³.
Решение: Полная работа равна сумме работ на каждом этапе: A = A₁ + A₂.
На первом этапе: A₁ = p₁ · ΔV₁ = 100000 · 0,002 = 200 Дж.
На втором этапе: A₂ = p₂ · ΔV₂ = 200000 · 0,001 = 200 Дж.
Полная работа: A = 200 + 200 = 400 Дж.
Ответ: 400 Дж.
Газ совершает два последовательных процесса. Сначала он расширяется от 2 л до 5 л при постоянном давлении 100 кПа. Затем газ сжимается от 5 л до 3 л при постоянном давлении 50 кПа. Определите суммарную работу газа. При сжатии работа газа отрицательна.
Дано: V₁ = 2 л = 0,002 м³; V₂ = 5 л = 0,005 м³; V₃ = 3 л = 0,003 м³; p₁ = 100000 Па; p₂ = 50000 Па.
Решение: Суммарная работа равна сумме работ двух процессов: A = A₁ + A₂.
Работа при расширении: A₁ = p₁ · (V₂ − V₁) = 100000 · (0,005 − 0,002) = 300 Дж.
Работа при сжатии: A₂ = p₂ · (V₃ − V₂) = 50000 · (0,003 − 0,005) = −100 Дж.
Суммарная работа: A = 300 − 100 = 200 Дж.
Ответ: 200 Дж.
При нагревании газ получил количество теплоты 800 Дж. В результате этого процесса внутренняя энергия газа увеличилась на 500 Дж. Определите работу, совершённую газом. Потерями теплоты пренебречь.
Дано: Q = 800 Дж; ΔU = 500 Дж.
Решение: По первому закону термодинамики количество теплоты, переданное газу, расходуется на изменение внутренней энергии и совершение работы: Q = ΔU + A.
Выразим работу: A = Q − ΔU.
Подставим значения: A = 800 − 500 = 300 Дж.
Ответ: 300 Дж.
Газ совершает полный цикл, изображаемый прямоугольником на диаграмме зависимости давления от объёма. Давление изменяется от 100 кПа до 300 кПа, а объём — от 2 л до 5 л. Цикл проходит по часовой стрелке. Определите работу газа за полный цикл.
Дано: p₁ = 100 кПа = 100000 Па; p₂ = 300 кПа = 300000 Па; V₁ = 2 л = 0,002 м³; V₂ = 5 л = 0,005 м³.
Решение: Работа газа за цикл равна площади прямоугольника на диаграмме p(V): A = (p₂ − p₁) · (V₂ − V₁).
Подставим значения: A = (300000 − 100000) · (0,005 − 0,002) = 200000 · 0,003 = 600 Дж.
Так как цикл проходит по часовой стрелке, работа газа положительна.
Ответ: 600 Дж.
В цилиндре находится газ. Сначала газ расширяется при постоянном давлении 200 кПа от объёма 2 л до 6 л. Затем газ сжимается при постоянном давлении 100 кПа до объёма 4 л. После этого газ охлаждается при постоянном объёме. Определите суммарную работу газа за все три процесса.
Дано: p₁ = 200 кПа = 200000 Па; V₁ = 2 л = 0,002 м³; V₂ = 6 л = 0,006 м³; p₂ = 100 кПа = 100000 Па; V₃ = 4 л = 0,004 м³.
Решение: Суммарная работа равна сумме работ всех трёх процессов: A = A₁ + A₂ + A₃.
При расширении: A₁ = p₁ · (V₂ − V₁) = 200000 · (0,006 − 0,002) = 800 Дж.
При сжатии: A₂ = p₂ · (V₃ − V₂) = 100000 · (0,004 − 0,006) = −200 Дж.
При охлаждении с постоянным объёмом ΔV = 0, поэтому A₃ = 0.
Суммарная работа: A = 800 − 200 + 0 = 600 Дж.
Ответ: 600 Дж.