ЕГЭ 2024. Физика. Отличный результат. Термодинамика. Задача 9.24

[Александр Сакович]

9.24 (12.32). В начальный момент в сосуде под лёгким поршнем находится только жидкий эфир. На рисунке схематично представлен график зависимости температуры t эфира от времени τ его нагревания и последующего охлаждения.

Из приведённого ниже списка выберите все утверждения, которые верно отражают результаты этого опыта.
1) На участке EF внутренняя энергия эфира увеличивается.
2) В точке C эфир закипел.
3) Температура кипения эфира равна 40 °С.
4) В точке F в сосуде в жидком и газообразном состояниях находятся равные массы эфира.
5) Время, за которое весь эфир выкипел, приблизительно равно времени, за которое он весь сконденсировался.
Ответ: ____.

Источники:
1. ЕГЭ. Физика. Отличный результат / под ред. М. Ю. Демидовой. — Москва: Издательство «Национальное образование», 2022. — 736 с. — (ЕГЭ. ФИПИ — школе).
2. ЕГЭ. Физика. Отличный результат / под ред. М. Ю. Демидовой. — Москва: Издательство «Национальное образование», 2024. — 496 с. — (ЕГЭ. Отличный результат. Учебная книга).

[Александр Сакович]

Анализ условия. 1) По условию в начальный момент в сосуде (в точке A) находится жидкий эфир.
2) При нагревании жидкости с ней произойдут следующие процессы:
АВ — это нагревание жидкости, ВС — кипение жидкости, CD — нагревание пара.
3) При охлаждении пара с ним произойдут следующие процессы:
DE — охлаждение пара, EF — конденсация пара, FG — охлаждение жидкости.

Теория. Запишем первый закон термодинамики:
\[Q=\Delta U+A.\]
Если тело не совершает работы, т.е. A = 0, то
\[\Delta U=Q.\]
1) Если тело получает некоторое количество теплоты Q > 0, то ΔU > 0, т.е. внутренняя энергия U тела увеличивается.
2) Если тело отдает некоторое количество теплоты Q < 0, то ΔU < 0, т.е. внутренняя энергия U тела уменьшается.

[Александр Сакович]

Решение. Проверим каждое утверждение.
1) На участке EF внутренняя энергия эфира увеличивается.
По условию процесс EF — это конденсация пара (см. анализ условия пункт 3). На этом участке тело отдает некоторое количество теплоты Q < 0, поэтому внутренняя энергия U тела уменьшается.
Утверждение № 1 неверное.

2) В точке C эфир закипел.
По условию процесс кипения — это процесс BC (см. анализ условия пункт 3). Этот процесс начинается в точке B, а в точке C процесс прекращается.
Утверждение № 2 неверное.

3) Температура кипения эфира равна 40 °С.
По условию процесс кипения — это процесс BC (см. анализ условия пункт 3). Этот процесс происходит при температуре 40 °С.
Утверждение № 3 верное.

4) В точке F в сосуде в жидком и газообразном состояниях находятся равные массы эфира.
По условию процесс EF — это конденсация пара (см. анализ условия пункт 3). Этот процесс начинается в точке E, ав сосуде находится только пар (эфир в газообразном состояниях). В точке F процесс прекращается, и в сосуде находится только жидкий эфир. Равные массы жидкого и газообразного эфира находятся в середине процесса.
Утверждение № 4 неверное.

5) Время, за которое весь эфир выкипел, приблизительно равно времени, за которое он весь сконденсировался.
По условию процессы кипения и конденсации — это процессы BC и EF (см. анализ условия пункты 2 и 3). Из графика определяем, что продолжительность этих процессов (время Δτ) примерно одинаковые.
Утверждение № 5 верное.
Ответ: 35.