Первый закон термодинамики и тепловые машины — 10 класс

Разберите теплоту, работу и внутреннюю энергию в изопроцессах. Найдите работу и КПД тепловой машины.

  • 8 вопросов
  • ≈ 8 мин
  • Средний
  • физика
  • 10 класс
  • термодинамика
  • первый закон термодинамики
  • кпд

Вопросы и ответы

Выберите ответ мысленно и откройте пояснение для проверки.

  1. Газ получил 500 Дж теплоты и совершил работу 180 Дж. На сколько изменилась его внутренняя энергия?

    • −320 Дж
    • +680 Дж
    • +320 Дж
    • −680 Дж
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: +320 Дж

    Первый закон в форме ΔU = Q − A даёт 500 − 180 = 320 Дж.

  2. Идеальный газ адиабатно сжали. Над газом совершили работу 240 Дж. Как изменилась его внутренняя энергия?

    • Уменьшилась на 240 Дж
    • Не изменилась
    • Выросла на 480 Дж
    • Выросла на 240 Дж
    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.

  3. Идеальный газ в жёстком сосуде получил 150 Дж теплоты. Какую работу он совершил за счёт изменения объёма?

    • 0 Дж
    • 75 Дж
    • 150 Дж
    • 300 Дж
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: 0 Дж

    Жёсткий сосуд сохраняет объём. Граница газа не перемещается, поэтому работа расширения равна нулю.

  4. Идеальный газ изотермически расширяется и совершает 90 Дж работы. Сколько теплоты он получает?

    • 0 Дж
    • 90 Дж
    • 45 Дж
    • 180 Дж
    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.

  5. Газ расширяется при постоянном давлении 200 кПа с 1 до 3 л. Какова его работа?

    • 200 Дж
    • 400 Дж
    • 600 Дж
    • 400 000 Дж
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: 400 Дж

    A = pΔV. Подставляем 200 000 Па и 0,002 м³. Получаем 400 Дж.

  6. За цикл тепловая машина получает 900 Дж от нагревателя и отдаёт 600 Дж холодильнику. Каков её КПД?

    • Около 33 %
    • Около 67 %
    • Около 50 %
    • Около 150 %
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: Около 33 %

    Полезная работа 900 − 600 = 300 Дж. КПД равен отношению 300/900, то есть примерно 33 %.

  7. Температура нагревателя машины Карно 600 К, температура холодильника 300 К. Каков КПД этой идеальной машины?

    • 25 %
    • 67 %
    • 100 %
    • 50 %
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: 50 %

    КПД цикла Карно равен 1 − Tх/Tн. При данных температурах это 1 − 300/600 = 0,5.

  8. После полного цикла газ вернулся к исходным давлению, объёму и температуре. Каково изменение его внутренней энергии за цикл?

    • Равно теплоте от нагревателя
    • Равно сумме модулей всех работ
    • Нулевое
    • Обязательно положительное
    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.