Задание 8 ЕГЭ по физике

Задание проверяет определение удельной теплоты парообразования по графику нагревания. Горизонтальный участок соответствует кипению: вещество поглощает теплоту при постоянной температуре. На этом участке Q изменяется от 1·10⁵ Дж до 4·10⁵ Дж, поэтому на парообразование затрачено 3·10⁵ Дж = 300 кДж. По формуле L = Q/m получаем L = 300/0,4 = 750 кДж/кг.

Ответ: 750.

Задание проверяет умение находить КПД тепловой машины. Используем формулу η = A/Q₁, где A — работа за цикл, Q₁ — теплота, полученная от нагревателя. Обе величины даны в кДж, поэтому η = (20 кДж / 50 кДж) · 100% = 40%. Ответ: 40.

Задание проверяет умение вычислять КПД тепловой машины. КПД равен отношению работы за цикл к количеству теплоты, полученному от нагревателя: η = A/Q₁. В процентах η = (60 Дж / 100 Дж) · 100% = 60%. Ответ: 60.

Задание проверяет расчёт средней мощности при плавлении льда. Плавлению соответствует горизонтальный участок графика от 5 до 15 мин, поэтому Δt = 10 мин = 600 с. Средняя мощность P = Q/Δt = 3000/600 = 5 Вт.

Ответ: 5.

Задание проверяет применение первого закона термодинамики. Полученная газом теплота расходуется на увеличение его внутренней энергии и совершение работы: Q = ΔU + A. Следовательно, ΔU = Q − A = 100 − 80 = 20 Дж.

Ответ: 20.

Задание проверяет применение первого закона термодинамики. При работе внешних сил над газом ΔU = Q + A, где Q — теплота, полученная газом. Поэтому Q = ΔU − A = 350 − 500 = −150 Дж: отрицательный знак означает, что газ отдал теплоту окружающей среде. Ответ: 150 Дж.

Задание проверяет применение формулы КПД тепловой машины. КПД равен отношению работы за цикл к теплоте, полученной от нагревателя: η = A/Q₁. Следовательно, A = ηQ₁ = 0,25 · 8 = 2 Дж. Ответ: 2.

Задание проверяет применение уравнения теплового баланса при конденсации пара. Масса воды перестаёт увеличиваться, когда вода нагревается до 100 °C и поступающий пар больше не конденсируется. До этого момента теплота конденсации пара идёт на нагрев первоначальной воды: rΔm = cm₀ΔT. При c = 4200 Дж/(кг·°C) и r = 2,3·10⁶ Дж/кг получаем Δm = 4200·0,230·100/(2,3·10⁶) = 0,042 кг = 42 г. Ответ: 42.

Задание проверяет связь КПД тепловой машины с количеством полученной и отданной теплоты. КПД η = (Q₁ − Q₂)/Q₁, где Q₂ — количество теплоты, отданное холодильнику. Отсюда Q₂ = Q₁(1 − η) = 50 · (1 − 0,4) = 30 Дж.

Ответ: 30.

Задание проверяет применение первого закона термодинамики к изотермическому процессу. На диаграмме температура постоянна: T = 300 К, поэтому внутренняя энергия идеального газа не изменяется, ΔU = 0. Внешние силы совершили работу 5 кДж, значит, работа самого газа A = −5 кДж. По формуле Q = ΔU + A получаем Q = −5 кДж, то есть газ отдал 5 кДж теплоты.

Ответ: 5.

Задание проверяет тепловой баланс при конденсации пара и нагревании воды. Масса воды перестаёт увеличиваться, когда вода нагревается до 100 °C. Сконденсировавшийся пар отдаёт теплоту Q = Lm пара, которая идёт на нагрев первоначальной воды: Lm пара = cm водыΔt. Пренебрегая теплоёмкостью калориметра, при c = 4200 Дж/(кг·°C) и L = 2300000 Дж/кг получаем m пара = 4200 · 0,460 · 100 / 2300000 = 0,084 кг = 84 г.

Ответ: 84.

Задание проверяет применение первого закона термодинамики к изобарному расширению. Работа газа A = pΔV = νRΔT, а изменение внутренней энергии одноатомного газа ΔU = (3/2)νRΔT = (3/2)A. По первому закону термодинамики Q = ΔU + A = (5/2)A. Поэтому A = 2Q/5 = 2·5000/5 = 2000 Дж. Ответ: 2000.

Задание проверяет расчёт количества теплоты при нагревании вещества.

Используем формулу Q = cmΔt, где удельная теплоёмкость свинца c = 130 Дж/(кг·°C).

Масса свинца m = 100 г = 0,1 кг, поэтому Δt = Q/(cm) = 260/(130 · 0,1) = 20 °C.

Ответ: 20.

Задание проверяет определение КПД теплового двигателя.

КПД равен отношению работы за цикл к теплоте, полученной от нагревателя: η = A/Q₁.

Поэтому A = η·Q₁ = 0,30·100 кДж = 30 кДж.

Ответ: 30.

Задание проверяет уравнение теплового баланса при плавлении льда. Когда тающий лёд перестаёт плавиться, температура воды достигает 0 °C, а масса растаявшего льда составляет 42 г. Пренебрегая теплоёмкостью калориметра и теплообменом с окружающей средой, записываем mcΔt = λm льда. При c = 4200 Дж/(кг·°C) и λ = 330000 Дж/кг получаем m = 330000 · 0,042 / (4200 · 10) = 0,33 кг = 330 г.

Ответ: 330.

Задание проверяет умение вычислять КПД тепловой машины.

КПД определяется формулой η = A/Q₁, где Q₁ — теплота, полученная от нагревателя.

Работа и теплота выражены в одинаковых единицах, поэтому η = 15/50 = 0,30 = 30 %.

Ответ: 30.

Задание проверяет определение КПД тепловой машины. Работа за цикл равна разности полученной и отданной теплоты: A = Q₁ − Q₂ = 100 Дж − 60 Дж = 40 Дж. КПД η = (A/Q₁) · 100% = (40/100) · 100% = 40%. Ответ: 40.

Задание проверяет применение уравнения теплового баланса при плавлении льда.

Поскольку растаяла только часть льда, в равновесии вода и оставшийся лёд имеют температуру 0 °С.

Вода отдаёт при охлаждении количество теплоты Q = cmΔt, которое расходуется на плавление льда: cmΔt = λmл.

Берём c = 4200 Дж/(кг·°С), λ = 330000 Дж/кг и переводим массы в килограммы: m = 1,1 кг, mл = 0,42 кг.

Начальная температура воды t = λmл/(cm) = 330000 · 0,42/(4200 · 1,1) = 30 °С.

Ответ: 30.

Задание проверяет применение первого закона термодинамики к изотермическому процессу.

На TV-диаграмме температура постоянна: T = T₀.

Внутренняя энергия идеального газа при неизменной массе зависит только от температуры, поэтому ΔU = 0.

По первому закону термодинамики Q = ΔU + A, откуда A = Q = 50 кДж.

Ответ: 50.

Задание проверяет расчёт количества теплоты при нагревании тела. По графику при получении Q = 360 кДж температура повышается от 100 К до 200 К, то есть ΔT = 100 К. Из формулы Q = cmΔT получаем m = Q/(cΔT) = 360000/(360 · 100) = 10 кг. Ответ: 10.