Р ешение:

Если обозначить величины, отложенные по осям абсцисс и ординат, x и y соответственно, то, как видно по графику, x₁ < x₂, y₁ < y₂. Таким неравенствам удовлетворяют соотношения давлений и температур газа, но не удовлетворяет соотношение объемов. Следовательно, на графике представлены значения p, T.

Выясним теперь, на каких именно осях они отложены. Проведем изохоры через точки 1 и 2. Согласно уравнению Менделеева-Клапейрона, pV = νRT, поэтому при постоянной массе газа p = νRT/V. Тогда при одной и той же температуре газ, занимающий меньший объем, производит большее давление.

Предположим, что по оси абсцисс отложена температура. При Т = Т₁ р₁ < p₂, значит, V₁ > V₂, что соответствует условию. Если же предположить, что по оси абсцисс отложено давление, то, рассуждая аналогично, получим V₁ < V₂, что противоречит условию.

Таким образом, по оси абсцисс отложена температура, а по оси ординат – давление.

4.

На рисунке изображен цикл тепловой машины, у которой рабочим телом является идеальный одноатомный газ. На каком из участков цикла совершается наибольшая работа? Ответ обоснуйте.

Ответ: 2-3.

Решение:

П остроим график процесса в осях p, V. Имея в виду, что в этом случае работа газа численно равна площади фигуры по графиком процесса, заключаем, что максимальная работа совершается на участке 2-3.

5.

В цилиндре, закрытом подвижным поршнем, находится идеальный газ. На рисунке показана диаграмма, иллюстрирующая изменение внутренней энергии U газа и передаваемое ему количество теплоты Q. Опишите изменение объема газа при его переходе из состояния 1 в состояние 2, а затем в состояние 3. Свой ответ обоснуйте, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.

Ответ: в процессах 1-2 и 2-3 объем газа увеличивался

Решение:

Воспользуемся первым законом термодинамики: Q = ∆U + A, где А – работа системы над внешними телами. Именно по знаку А можно судить об изменении объема газа. Очевидно, A = Q - ∆U .

• В процессе 1-2 Q >0, ∆U = 0, следовательно, A > 0, значит, объем газа увеличивался.

• В процессе 2-3 Q = 0, ∆U < 0, следовательно, А > 0, и объем газа увеличивался.

• Т.о, в процессах 1-2 и 2-3 объем газа увеличивался.

6.

В цилиндрическом сосуде под поршнем длительное время находятся вода и ее пар. Поршень начинают выдвигать из сосуда. При этом температура воды и пара остается неизменной. Как будет меняться при этом масса жидкости в сосуде? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.

Ответ: Масса жидкости в сосуде будет уменьшаться.

Решение:

Вода и водяной пар находятся в закрытом сосуде длительное время, поэтому водяной пар является насыщенным. При выдвигании поршня происходит изотермическое расширение пара, давление и плотность насыщенного пара в этом процессе не меняются. Следовательно, будет происходить испарение жидкости. Значит, масса жидкости в сосуде будет уменьшаться.

7.

Ч еловек в очках вошел с улицы в теплую комнату и обнаружил, что его очки запотели. Какой должна быть температура на улице, чтобы наблюдалось это явление? В комнате температура воздуха 22°С, а относительная влажность воздуха 50%. Поясните, как вы получили ответ. (При ответе на этот вопрос воспользуйтесь таблицей для давления насыщенных паров воды.)

Ответ: температура на улице не выше 11°С.

Решение:

Когда человек входит в дом, температура стекол его очков практически равна температуре на улице. Очки запотевают, если в тонком слое холодного воздуха, прилегающего к стеклам, водяной пар становится насыщенным: в этом случае на них образуется роса.

Если относительная влажность воздуха в комнате 50%, то парциальное давление водяных паров составляет половину давления насыщенного пара при комнатной температуре, т.е. 1,32 кПа. По таблице находим, что такой пар становится насыщенным при температуре 11°С. Таким образом, температура на улице не выше 11°С.

8.

В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 23^оС на стенке стакана с холодной водой начинается конденсация паров воды из воздуха, если снизить температуру стакана до 12^оС. По результатам этих экспериментов определите абсолютную и относительную влажность воздуха. Для решения задачи воспользуйтесь таблицей. Поясните, почему конденсация паров воды в воздухе может начинаться при различных значениях температуры. Давление и плотность насыщенного водяного пара при различной температуре показано в таблице:

Ответ: относительная влажность воздуха в комнате 50 %.