Тип Д21 C1 № 36818 
МКТ — квантовая физика, качественная задача. Квантовая физика
i
В цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится идеальный газ (см. рис.). Давление и температура в сосуде измеряются при помощи U-образного манометра с вертикальными коленами, в который налита жидкость, и спиртового термометра. Стенки сосуда и поршень теплоизолированы, теплообменом газа с манометром можно пренебречь, а термометр обладает очень малой теплоемкостью. В исходном состоянии поршень неподвижен, газ находится в термодинамическом равновесии. Поршень начинают медленно перемещать в направлении, показанном стрелкой. Как при этом будут изменяться показания манометра и термометра? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.
Решение. 1. При перемещении поршня влево объем V газа уменьшается. Поэтому газ совершает отрицательную работу: 
Согласно условию, газ практически не обменивается теплотой с окружающими его телами, и сжатие происходит очень медленно. Поэтому процесс сжатия газа можно считать равновесным и адиабатическим: 
2. В соответствии с первым законом термодинамики, примененным для данного адиабатического процесса, 
Отсюда изменение внутренней энергии газа 
3. Внутренняя энергия 
молей идеального газа, обладающего молярной теплоемкостью 
в равновесном состоянии равна 
где T — абсолютная температура газа. Поэтому 
то есть 
положительно. Следовательно, температура газа увеличивается, и столбик спирта в термометре будет подниматься.
4. Согласно уравнению Менделеева-Клапейрона, давление газа в равновесном состоянии равно 
Поскольку объем газа уменьшается, а его температура увеличивается, давление газа будет увеличиваться. Следовательно, разность высот столбиков жидкости в коленах манометра будет увеличиваться — в левой трубке столбик жидкости будет подниматься, а в правой — опускаться.
Критерии проверки:| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|
Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ (в данном случае: изменение показаний манометра и термометра, п. 3 и п. 4) и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: определение знака работы газа, указание на адиабатичность процесса, первый закон термодинамики, выражение для внутренней энергии идеального газа, уравнение Менделеева-Клапейрона) | 3 |
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении имеется один или несколько из следующих недостатков. В объяснении не указано или не используется 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 недочет. И ( ИЛИ ) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачеркнуты. 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 нем 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 |
Согласно условию, газ практически не обменивается теплотой с окружающими его телами, и расширение происходит очень медленно. Поэтому процесс расширения газа можно считать равновесным и адиабатическим: 
молей идеального газа, обладающего молярной теплоемкостью 
то есть