Переключение ключа в цепи конденсаторов
5/10Найдите количество теплоты \(Q\), которое выделится в цепи при переключении ключа \(K\) из положения 1 в положение 2. Параметры элементов цепи, изображённых на рисунке, считать известными.
Вариант 8: вертикально расположенный цилиндрический сосуд сечением \(S = 20\) см\(^2\) разделён поршнем массы \(M = 5\) кг на две части. Нижняя часть под поршнем целиком заполнена водой при температуре \(0^\circ\)C, над поршнем вакуум. Поршень связан с верхним основанием цилиндра пружиной жёсткостью \(k = 15\) Н/м; вначале пружина не деформирована. Определите массу пара под поршнем при нагревании воды до \(100^\circ\)C. Трением и массой пружины пренебречь.
▶Показать разборСкрыть разбор
ОтветВариант 5: \(Q = Eq = \dfrac{3}{4}CE^2\). Вариант 8: \(m \approx 11{,}7\) г.
РешениеПри переключении ключа через батарею протекает заряд \(q\). Заряд и энергия батареи конденсаторов при переключении не меняются — меняются лишь знаки зарядов обкладок. Поэтому работа источника \(Eq\) целиком выделяется в виде теплоты: \(Q = Eq\). По официальному решению заряд \(q = \dfrac{3}{4}CE\), откуда \(Q = \dfrac{3}{4}CE^2\).
Вариант 8: при \(0^\circ\)C давление насыщенного пара ничтожно, поршень лежит на поверхности воды. При \(100^\circ\)C давление насыщенного пара равно атмосферному \(p_0\); пружина сжимается под действием силы \(p_0S - Mg\): \(x = \dfrac{p_0S - Mg}{k} \approx 10\) м. Пар занимает объём \(Sx\), по уравнению Клапейрона—Менделеева \(m = \dfrac{p_0 S x\mu}{RT} \approx 11{,}7\) г (как в официальном решении).
Похожие задачи
- ЭДС с конденсатором (C3) ЕГЭ 2007, 11 кл.
- Конденсаторы ВсОШ 2013/14, 11 кл.
- Заряд верхнего конденсатора в схеме «Бельчонок» 2015/16, 11 кл.
- Цепь с конденсатором и ключом: установившийся режим и теплота Физтех 2016/17, 11 кл.
- Конденсаторы и ключ Курчатов 2017/18, 11 кл.
- Заряд конденсаторов в мостовой схеме Курчатов 2019/20, 8 кл.