Задачи › Уравнение состояния

Спортивная бутылка

  1. Спортивная бутылка

    Эстонская 2020/21, заключительный этап, 9-11 кл. · №26056

    После тренировки на улице в жаркий день спортсмен пришёл в прохладную комнату со своей бутылкой, сделанной из нетвёрдой пластмассы, и заметил, что бутылка начала тихонько «трещать». При детальном изучении выяснилось, что если давление внутри бутылки отличается от наружного на \(\Delta p\), то возникает вмятина на бутылке (при этом и звучит хлопок), и на мгновение выравниваются внутреннее и внешнее давление. Спортсмен измерил промежуток времени между двумя хлопками \(t\). Найдите мощность тепловых потерь бутылки непосредственно после того, как её принесли в комнату. Теплоёмкость пустой бутылки (в том числе с находящимся в ней воздухом) \(c\), молярный объём воздуха \(V_m\) и универсальная газовая постоянная \(R\). Можно предполагать, что за время \(t\) мощность тепловых потерь не меняется. (6 баллов)

    ▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
    Подсказка

    Связь между ростом давления и охлаждением даёт уравнение состояния газа при неизменном объёме, а охлаждение за время \(t\) — теплоёмкость и мощность потерь.

    ▶ОтветСкрыть: ответ
    Ответ

    \(P=\dfrac{\Delta p\,c\,V_m}{R\,t}\).

    ▶РешениеСкрыть: решение
    Решение

    Более прохладный воздух в комнате охлаждает бутылку с мощностью \(P\), отбирая у бутылки за время \(t\) энергию \(\Delta Q=Pt\). Температура бутылки за это время изменяется на \(\Delta T=\Delta Q/c\). Из уравнения состояния идеального газа \(PV=nRT\) по изменению температуры находим изменение давления \[\Delta p=\frac{R\,\Delta T}{V_m}.\] Объединяя соотношения, получаем \[P=\frac{\Delta p\,c\,V_m}{R\,t}.\]

    Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.

    Вся олимпиада на сайте

Похожие задачи