РЕШУ ЕГЭ — физика

Задания

В закрытом подвижным поршнем сосуде с начальным объёмом V₀  =  5 л при температуре $t_0 = 89 градусовC$ находятся m₀  =  2 г жидкой воды и её насыщенный пар. Давление насыщенного водяного пара при этой температуре равно p₀  =  67 кПа. Двигая поршень, объём сосуда медленно увеличивают в 4 раза, поддерживая температуру его содержимого постоянной. Затем поршень закрепляют и увеличивают абсолютную температуру содержимого сосуда в 2 раза. Используя представленную на рисунке координатную сетку, постройте график зависимости давления p пара в сосуде от занимаемого им объёма V. Объясните построение графика, опираясь на законы молекулярной физики и термодинамики.

Решение. 1.  Найдём массу m водяного пара в исходном состоянии, считая пар идеальным газом. Объёмом жидкой воды, имеющей массу m₀  =  2 г, можно пренебречь. Тогда, в соответствии с уравнением Менделеева-Клапейрона,

$m = \mu p_0 дробь: числитель: V_0, знаменатель: RT_0 конец дроби = дробь: числитель: 18 умножить на 10 в степени левая круглая скобка минус 3 правая круглая скобка умножить на 67 умножить на 10 в кубе умножить на 5 умножить на 10 в степени левая круглая скобка минус 3 правая круглая скобка , знаменатель: 8,31 умножить на 362 конец дроби \approx 2 г = m_0.$

Здесь $\mu = 18 г/моль$   — молярная масса воды, $T_0 = t_0 плюс 273 К = 362 К.$ Обозначим точку на графике, соответствующую исходному состоянию, цифрой «1».

2.  При медленном увеличении объёма сосуда находящаяся в нём вода будет испаряться. Поскольку температура содержимого сосуда поддерживается постоянной, то давление насыщенного пара будет оставаться неизменным и равным давлению p₀. Так как m₀  =  m, вся вода испарится, когда объём сосуда станет равен 2V₀. Обозначим точку на графике, соответствующую этому состоянию, цифрой «2».

3.  При дальнейшем изотермическом увеличении объёма пар станет ненасыщенным и будет вести себя как идеальный газ. По закону Бойля Мариотта для этого процесса pV  =  const. Поэтому при увеличении объёма от 2V₀ до 4V₀ давление пара уменьшится от p₀ до $дробь: числитель: p_0, знаменатель: 2 конец дроби ,$ а график зависимости $p левая круглая скобка V правая круглая скобка$ будет представлять собой участок гиперболы. Обозначим точку на графике, соответствующую окончанию данного процесса, цифрой «3».

4.  Процесс нагревания газа при закреплённом поршне является изохорическим. По закону Шарля для этого процесса $дробь: числитель: p, знаменатель: T конец дроби = const.$ Поэтому при увеличении абсолютной температуры содержимого сосуда в 2 раза давление пара также возрастёт в 2 раза и станет равным p₀. Обозначим точку на графике, соответствующую окончанию данного процесса, цифрой «4».

График процесса 1–2–3–4 имеет вид, показанный на рисунке (участок 2–3 гиперболы изображён качественно).

Критерии проверки:

Критерии оценивания выполнения задания	Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием наблюдаемых явлений и законов	3
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении имеется один или несколько из следующих недостатков. В объяснении не указано или не использованы одно из физических явлений, свойств, определений или один из законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим законом, свойством, явлением, определением и т.п.) И (ИЛИ) Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но в них содержится один логический недочёт. И (ИЛИ) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачёркнуты. И (ИЛИ) В решении имеется неточность в указании на одно из физических явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для полного верного объяснения	2
Представлено решение, соответствующее одному из следующих случаев. Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, но в нём не указаны два явления или физических закона, необходимых для полного верного объяснения. ИЛИ Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. ИЛИ Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к ответу, содержат ошибки. ИЛИ Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеются верные рассуждения, 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