Тепловые явления · 10 класс · урок 3 из 3 · Мякишев, «Физика 10» (2019), гл. 6, § 40–41, § 40–41, практикум

Изопроцессы на графиках

Выход к заданиям: ЕГЭ №7, ЕГЭ №9, ЕГЭ №10, ЕГЭ №23, ЕГЭ №24

Сначала нужно знать
Газовые законы, уравнение состояния
Зачем этот урок
ЕГЭ №7, №9, №10: определить процесс и параметры по графику в осях p–V, p–T, V–T
Дальше
Работа газа. Количество теплоты. Тепловой баланс
Газовые законы · урок 3
Изопроцессы на графиках
Один процесс — три картинки
Изотерма в трёх осях
p–VVp0p–TTp0V–TTV0

T=constT = \text{const}: в осях pp–VV — гипербола; в осях pp–TT и VV–TT — отрезки, перпендикулярные оси TT.

Чем выше изотерма на pVpV-диаграмме, тем больше температура.
Изобара в трёх осях
p–VVp0p–TTp0V–TTV0

p=constp = \text{const}: в осях pp–VV и pp–TT — горизонтальные отрезки; в осях VV–TT — прямая, продолжение которой проходит через начало координат.

На VTVT-диаграмме чем круче изобара, тем меньше давление: V=νRpTV = \dfrac{\nu R}{p}T, наклон νRp\dfrac{\nu R}{p}.
Изохора в трёх осях
p–VVp0p–TTp0V–TTV0

V=constV = \text{const}: в осях pp–VV — вертикальный отрезок; в осях pp–TT — прямая через начало координат; в осях VV–TT — горизонтальный отрезок.

На pTpT-диаграмме чем круче изохора, тем меньше объём: p=νRVTp = \dfrac{\nu R}{V}T.
Как читать график состояния
  • Найти, какие две величины по осям, и какая третья скрыта.
  • Прямая через начало координат в осях pp–TT или VV–TT — изопроцесс (изохора или изобара). Прямая не через начало — не изопроцесс.
  • Скрытый параметр сравнивают по уравнению состояния: T∼pVT \sim pV, V∼TpV \sim \dfrac{T}{p}, p∼TVp \sim \dfrac{T}{V}.
  • Если меняется масса газа, все рассуждения — через pV=νRTpV = \nu RT с разными ν\nu.
  • Ноль по шкале Цельсия — не ноль по Кельвину: изохоры p(t)p(t) сходятся в точке −273-273 °C.
ОпытПроцесс на трёх диаграммах
  1. Изохорный нагрев до 500500 К: смотри, куда идёт точка на pVpV-диаграмме.
  2. До опыта: нарисуй этот процесс в осях pp–TT и VV–TT.
  3. Переключи на изобару и изотерму, каждый раз предсказывая вид графика.
Изохора — вертикаль на pVpV-диаграмме, изобара — горизонталь, изотерма — гипербола.
ФизЛаб · Изопроцессы и работа газаизохора, нагрев до 500 Кmatfizliga.ru/fizlab/#gaspv?mode=isoV&Tset=500
ЕГЭ, задание 7Пример 1
V, м³p, кПа0,511,5102030012
На рисунке — изменение состояния постоянной массы аргона (pp — давление, VV — объём). Температура в состоянии 1 равна 2727 °C. Какая температура в состоянии 2? Ответ в кельвинах.
  1. Объём не меняется (1,51{,}5 м³) — изохора, pT=const\dfrac{p}{T} = \text{const}.
  2. Давление выросло с 1010 до 3030 кПа — втрое, значит, и температура втрое: T2=3⋅300=900T_2 = 3 \cdot 300 = 900 К.
Ответ: 900
ЕГЭ, задание 7Пример 2
T, КV, л30014012
На рисунке — график зависимости объёма идеального газа от температуры. В состоянии 1 давление было нормальным атмосферным (≈100\approx 100 кПа). Какое давление в состоянии 2? Масса газа неизменна, ответ в кПа.
  1. Температура одна (300300 К), объём вырос с 11 до 44 л — изотерма, pV=constpV = \text{const}.
  2. p2=101⋅14≈25p_2 = \dfrac{101 \cdot 1}{4} \approx 25 кПа.
Ответ: 25
ЕГЭ, задание 7Пример 3
pT012
Газ под поршнем переходит из состояния 1 в состояние 2 (рисунок: по осям pp и TT, клетки одинаковые; 1 — p=3p = 3, T=4T = 4 клетки; 2 — p=1p = 1, T=2T = 2). Масса газа не меняется. Найдите отношение объёмов V2V1\dfrac{V_2}{V_1}.
  1. V∼TpV \sim \dfrac{T}{p} (уравнение состояния при постоянной массе).
  2. V2V1=T2/p2T1/p1=2/14/3=1,5\dfrac{V_2}{V_1} = \dfrac{T_2/p_2}{T_1/p_1} = \dfrac{2/1}{4/3} = 1{,}5.
Ответ: 1,5
ЕГЭ, задание 7Пример 4
pV012
Газ переходит из состояния 1 в состояние 2 (рисунок: по осям pp и VV; 1 — p=1p = 1, V=3V = 3 клетки; 2 — p=3p = 3, V=4V = 4 клетки). Во сколько раз изменится температура?
  1. T∼pVT \sim pV: T1∼1⋅3=3T_1 \sim 1 \cdot 3 = 3, T2∼3⋅4=12T_2 \sim 3 \cdot 4 = 12.
  2. T2T1=4\dfrac{T_2}{T_1} = 4 — увеличится в 44 раза.
Ответ: 4
ЕГЭ, МКТПример 5
На рисунке — график зависимости давления некоторой массы газа от температуры по Цельсию при постоянном объёме; продолжение прямой пересекает ось температур в точке A. Какой температуре соответствует A? 1) −273-273 К; 2) 00 К; 3) 00 °C; 4) 273273 °C.
  1. Изохора p(t)p(t): давление обращается в нуль при абсолютном нуле.
  2. Точка A — −273-273 °C, то есть 00 К — вариант 2. Вариант 1 — бессмыслица: отрицательных кельвинов нет.
Ответ: 2
Главное
  • Изотерма: гипербола в pp–VV, отрезки ⟂ оси TT в pp–TT и VV–TT.
  • Изобара: горизонталь в pp–VV и pp–TT, прямая через ноль в VV–TT.
  • Изохора: вертикаль в pp–VV, прямая через ноль в pp–TT, горизонталь в VV–TT.
  • Скрытый параметр — по pV=νRTpV = \nu RT; круче изобара — меньше pp, круче изохора — меньше VV.

Все уроки станции «Газовые законы»

  1. Газовые законы. Абсолютная шкала температур
  2. Уравнение состояния идеального газа
  3. Изопроцессы на графиках