Первый закон термодинамики и тепловые машины — 10 класс
Разберите теплоту, работу и внутреннюю энергию в изопроцессах. Найдите работу и КПД тепловой машины.
Вопросы и ответы
Выберите ответ мысленно и откройте пояснение для проверки.
-
Газ получил 500 Дж теплоты и совершил работу 180 Дж. На сколько изменилась его внутренняя энергия?
Ответ и пояснение
Верный ответ: +320 Дж
Первый закон в форме ΔU = Q − A даёт 500 − 180 = 320 Дж.
-
Идеальный газ адиабатно сжали. Над газом совершили работу 240 Дж. Как изменилась его внутренняя энергия?
Ответ и пояснение
Верный ответ: Выросла на 240 Дж
При адиабатическом процессе Q = 0. Газ получает 240 Дж за счёт работы внешних сил, поэтому ΔU = +240 Дж.
-
Идеальный газ в жёстком сосуде получил 150 Дж теплоты. Какую работу он совершил за счёт изменения объёма?
Ответ и пояснение
Верный ответ: 0 Дж
Жёсткий сосуд сохраняет объём. Граница газа не перемещается, поэтому работа расширения равна нулю.
-
Идеальный газ изотермически расширяется и совершает 90 Дж работы. Сколько теплоты он получает?
Ответ и пояснение
Верный ответ: 90 Дж
У идеального газа при постоянной температуре внутренняя энергия не меняется. Из ΔU = Q − A следует Q = A = 90 Дж.
-
Газ расширяется при постоянном давлении 200 кПа с 1 до 3 л. Какова его работа?
Ответ и пояснение
Верный ответ: 400 Дж
A = pΔV. Подставляем 200 000 Па и 0,002 м³. Получаем 400 Дж.
-
За цикл тепловая машина получает 900 Дж от нагревателя и отдаёт 600 Дж холодильнику. Каков её КПД?
Ответ и пояснение
Верный ответ: Около 33 %
Полезная работа 900 − 600 = 300 Дж. КПД равен отношению 300/900, то есть примерно 33 %.
-
Температура нагревателя машины Карно 600 К, температура холодильника 300 К. Каков КПД этой идеальной машины?
Ответ и пояснение
Верный ответ: 50 %
КПД цикла Карно равен 1 − Tх/Tн. При данных температурах это 1 − 300/600 = 0,5.
-
После полного цикла газ вернулся к исходным давлению, объёму и температуре. Каково изменение его внутренней энергии за цикл?
Ответ и пояснение
Верный ответ: Нулевое
Внутренняя энергия — функция состояния. При возвращении к тому же состоянию её изменение равно нулю.
Теплотой и работой описывают способы передачи энергии, а внутреннюю энергию используют для описания состояния системы. В этом тесте Q положительно, если газ получает теплоту, а A положительно, если газ совершает работу.
До подстановки чисел определите направление передачи энергии. При расширении газ совершает работу, при сжатии работу совершают над ним. За полный цикл состояние возвращается к исходному.