РЕШУ ЕГЭ — физика

Задания

В сосуде под поршнем находился насыщенный водяной пар при температуре кипения воды. В результате перемещении поршня весь пар сконденсировался, и получилась жидкая вода объёмом $V_в = 1л.$ Найдите изменение $\Delta U_12$ внутренней энергии данной порции воды в процессе её конденсации, если этот процесс происходил при нормальном атмосферном давлении. Пары воды при температуре кипения можно считать идеальным газом, объём которого намного больше конечного объёма воды. Ответ дайте с учётом знака.

Решение. 1.  Согласно первому закону термодинамики, количество теплоты Q₁₂, которое выделилось при конденсации пара, складывается из работы А₁₂ пара и изменения $\Delta U_12$ внутренней энергии воды:

$Q_12 = А_12 плюс \Delta U_12.$

2.  Масса m воды находится, исходя из её объёма $V_в$ и плотности $\rho_в,$ данной в таблицах: $m = \rho_вV_в = 1000 умножить на 1 умножить на 10 в степени левая круглая скобка минус 3 правая круглая скобка = 1кг.$

3.  Количество теплоты Q₁₂ определяется из массы $m = 1кг$ воды и табличной удельной теплоты её парообразования $L = 2,3 умножить на 10 в степени 6 Дж/кг$ при нормальном атмосферном давлении $p_0 = 10 в степени 5 Па$ и температуре кипения $T = 100 градусовС = 373К.$

Отсюда:

$Q_12 = минус mL = минус 2,3 умножить на 10 в степени 6 Дж.$

( $Q_12 меньше 0,$ т. к. количество теплоты не поглощается, а выделяется).

4.  Работа, совершённая паром в процессе расширения при нормальном атмосферном давлении, равна

$А_12 = p_0 левая круглая скобка V_в минус V_п правая круглая скобка \approx минус p_0V_п = минус дробь: числитель: mRT, знаменатель: \mu конец дроби = минус дробь: числитель: 1 умножить на 8,31 умножить на 373, знаменатель: 0,018 конец дроби \approx минус 172 200Дж,$ $А_12 = p_0 левая круглая скобка V_в минус V_п правая круглая скобка \approx минус p_0V_п = минус дробь: числитель: mRT, знаменатель: \mu конец дроби =$
$= минус дробь: числитель: 1 умножить на 8,31 умножить на 373, знаменатель: 0,018 конец дроби \approx минус 172 200Дж,$

поскольку по условию объём пара намного больше исходного объёма воды, а сам пар можно считать идеальным газом с молярной массой $\mu = 0,018кг/моль,$ подчиняющимся уравнению Менделеева  — Клапейрона. Отметим, что $А_12 меньше 0,$ поскольку объём пара уменьшается, т. е. сила атмосферного давления совершает работу над газом.

5.  Из записанных соотношений следует, что

$\Delta U_12 = Q_12 минус А_12 = минус m левая круглая скобка L минус дробь: числитель: RT, знаменатель: \mu конец дроби правая круглая скобка =$
$= \rho_вV_в левая круглая скобка L минус дробь: числитель: RT, знаменатель: \mu конец дроби правая круглая скобка \approx минус 2 300 000 плюс 172 000 = минус 2 128 000Дж,$ $\Delta U_12 = Q_12 минус А_12 = минус m левая круглая скобка L минус дробь: числитель: RT, знаменатель: \mu конец дроби правая круглая скобка =$
$= \rho_вV_в левая круглая скобка L минус дробь: числитель: RT, знаменатель: \mu конец дроби правая круглая скобка \approx минус 2 300 000 плюс 172 000 =$
$= минус 2 128 000Дж,$

то есть внутренняя энергия данной порции воды в процессе её конденсации уменьшается примерно на 2128 кДж.

Критерии проверки:

Критерии оценивания выполнения задания	Баллы
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: первый закон термодинамики, выражения для теплоты испарения и работы газа, уравнение Менделеева  — Клапейрона, связь массы воды с её объёмом и плотностью); II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов); III) представлены необходимые математические преобразования и расчеты (подстановка числовых данных в конечную формулу), приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями); IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины	3
Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования, но имеется один или несколько из следующих недостатков. Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объеме или отсутствуют. И (ИЛИ) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачеркнуты. И (ИЛИ) В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги. И (ИЛИ) Отсутствует пункт IV, или в нем допущена ошибка	2
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев. Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-⁠либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи. (ИЛИ) В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения данной задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. (ИЛИ) В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), опущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.	1
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла	0
Максимальный балл	3

Ключ