LVIII OLIMPIADA FIZYCZNA ZAWODY II STOPNIA

Podobne dokumenty
LXVII OLIMPIADA FIZYCZNA ZAWODY II STOPNIA

Theory Polish (Poland)

MAGNETYZM. PRĄD PRZEMIENNY

ZADANIA MATURALNE Z FIZYKI I ASTRONOMII

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania fizyka, wzory fizyka, matura fizyka

MAGNETYZM, INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA. Zadania MODUŁ 11 FIZYKA ZAKRES ROZSZERZONY

LIX OLIMPIADA FIZYCZNA

ARKUSZ PRÓBNEJ MATURY Z OPERONEM FIZYKA I ASTRONOMIA

Odp.: F e /F g = 1 2,

MECHANIKA 2. Praca, moc, energia. Wykład Nr 11. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

5) W czterech rogach kwadratu o boku a umieszczono ładunki o tej samej wartości q jak pokazano na rysunku. k=1/(4πε 0 )

Egzamin z fizyki Informatyka Stosowana

LXVIII OLIMPIADA FIZYCZNA ZAWODY III STOPNIA

30P4 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - IV POZIOM PODSTAWOWY

Materiały pomocnicze 11 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

26 MAGNETYZM. Włodzimierz Wolczyński. Indukcja magnetyczna a natężenie pola magnetycznego. Wirowe pole magnetyczne wokół przewodnika prostoliniowego

5. (2 pkt) Uczeń miał za zadanie skonstruował zwojnicę do wytwarzania pola magnetycznego o wartości indukcji

A. 0,3 N B. 1,5 N C. 15 N D. 30 N. Posługiwać się wzajemnym związkiem między siłą, a zmianą pędu Odpowiedź

KRYTERIA OCENIANIA ODPOWIEDZI Próbna Matura z OPERONEM Fizyka Poziom rozszerzony. Listopad Poprawna odpowiedź i zasady przyznawania punktów

Bryła sztywna. Fizyka I (B+C) Wykład XXIII: Przypomnienie: statyka

LXVII OLIMPIADA FIZYCZNA ZAWODY III STOPNIA

3.5 Wyznaczanie stosunku e/m(e22)

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 26 MAGNETYZM I ELEKTROMAGNETYZM. CZĘŚĆ 1

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 13 RUCH OBROTOWY BRYŁY SZTYWNEJ. CZĘŚĆ 3

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI

KRYTERIA OCENIANIA ODPOWIEDZI Próbna Matura z OPERONEM Fizyka Poziom rozszerzony. Listopad Poprawna odpowiedź i zasady przyznawania punktów

Zestaw 1cR. Dane: t = 6 s czas spadania ciała, g = 10 m/s 2 przyspieszenie ziemskie. Szukane: H wysokość, z której rzucono ciało poziomo, Rozwiązanie

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu

Ruch cząstek naładowanych w polach elektrycznym i magnetycznym. Równania ruchu cząstek i ich rozwiązania. Ireneusz Mańkowski

Zad. 2 Jaka jest częstotliwość drgań fali elektromagnetycznej o długości λ = 300 m.

RÓWNANIA MAXWELLA. Czy pole magnetyczne może stać się źródłem pola elektrycznego? Czy pole elektryczne może stać się źródłem pola magnetycznego?

Zestaw VI. Zadanie 1. (1 pkt) Wskaż nierówność, którą spełnia liczba π A. (x + 1) 2 > 18 B. (x 1) 2 < 5 C. (x + 4) 2 < 50 D.

Matura 2011 maj. Zadanie 1. (1 pkt) Wskaż nierówność, którą spełnia liczba π A. x + 1 > 5 B. x 1 < 2 C. x D. x 1 3 3

k + l 0 + k 2 k 2m 1 . (3) ) 2 v 1 = 2g (h h 0 ). (5) v 1 = m 1 m 1 + m 2 2g (h h0 ). (6) . (7) (m 1 + m 2 ) 2 h m ( 2 h h 0 k (m 1 + m 2 ) ω =

LXI MIĘDZYSZKOLNY TURNIEJ FIZYCZNY. dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych województwa zachodniopomorskiego w roku szkolnym 2018/2019 TEST

OCENIANIE ARKUSZA POZIOM ROZSZERZONY INFORMACJE DLA OCENIAJACYCH

FUNKCJA LINIOWA. A) B) C) D) Wskaż, dla którego funkcja liniowa określona wzorem jest stała. A) B) C) D)

Ramka z prądem w jednorodnym polu magnetycznym

KONKURS PRZEDMIOTOWY Z FIZYKI dla uczniów szkół podstawowych. Schemat punktowania zadań

PRZED KONKURSEM CZĘŚĆ 13

v 6 i 7 j. Wyznacz wektora momentu pędu czaski względem początku układu współrzędnych.

Przykład 1 Dany jest płaski układ czterech sił leżących w płaszczyźnie Oxy. Obliczyć wektor główny i moment główny tego układu sił.

MECHANIKA 2 KINEMATYKA. Wykład Nr 5 RUCH KULISTY I RUCH OGÓLNY BRYŁY. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Materiały pomocnicze 5 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY MODEL ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA

41R POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII. POZIOM ROZSZERZONY (od początku do końca)

Pierwsze dwa podpunkty tego zadania dotyczyły równowagi sił, dla naszych rozważań na temat dynamiki ruchu obrotowego interesujące będzie zadanie 3.3.

FUNKCJE ELEMENTARNE I ICH WŁASNOŚCI

EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII

STEREOMETRIA. Poziom podstawowy

MECHANIKA 2 RUCH POSTĘPOWY I OBROTOWY CIAŁA SZTYWNEGO. Wykład Nr 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Wykład 14: Indukcja cz.2.

Przykładowe zadania/problemy egzaminacyjne. Wszystkie bezwymiarowe wartości liczbowe występujące w treści zadań podane są w jednostkach SI.

6. Podaj definicję wektora prędkości i wektora przyspieszenia dla ruchu prostoliniowego. Narysuj odpowiedni rysunek.

I. DYNAMIKA PUNKTU MATERIALNEGO

Ćwiczenie M-2 Pomiar przyśpieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Cel ćwiczenia: II. Przyrządy: III. Literatura: IV. Wstęp. l Rys.

dr inż. Zbigniew Szklarski

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

25P3 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - III POZIOM PODSTAWOWY

DYNAMIKA dr Mikolaj Szopa

Pole magnetyczne magnesu w kształcie kuli

Funkcja liniowa - podsumowanie

XLIII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP WSTĘPNY Zadanie teoretyczne

Wprowadzenie do fizyki pola magnetycznego

XXI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP I Zadanie teoretyczne

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

MECHANIKA II. Dynamika ruchu obrotowego bryły sztywnej

MECHANIKA 2 Wykład 7 Dynamiczne równania ruchu

KLUCZ PUNKTOWANIA ODPOWIEDZI

Rachunek całkowy - całka oznaczona

Zasady oceniania karta pracy

Wyznaczanie sił działających na przewodnik z prądem w polu magnetycznym

12 RUCH OBROTOWY BRYŁY SZTYWNEJ I. a=εr. 2 t. Włodzimierz Wolczyński. Przyspieszenie kątowe. ε przyspieszenie kątowe [ ω prędkość kątowa

LUBELSKA PRÓBA PRZED MATURĄ poziom podstawowy MATEMATYKA LUTY Instrukcja dla zdającego. Czas pracy: 170 minut

MECHANIKA 2. Zasady pracy i energii. Wykład Nr 12. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

MECHANIKA 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Zadanie 21. Stok narciarski

Teoria. a, jeśli a < 0.

WOJEWÓDZKI KONKURS Z FIZYKI DLA UCZNIÓW GIMNAZJUM ROK SZKOLNY 2014/2015, ETAP REJONOWY

AUTORKA: ELŻBIETA SZUMIŃSKA NAUCZYCIELKA ZESPOŁU SZKÓŁ OGÓLNOKSZTAŁCĄCYCH SCHOLASTICUS W ŁODZI ZNANE RÓWNANIA PROSTEJ NA PŁASZCZYŹNIE I W PRZESTRZENI

POWTÓRKA PRZED KONKURSEM CZĘŚĆ 8

EGZAMIN MATURALNY W ROKU SZKOLNYM 2014/2015

MATERIAŁ DIAGNOSTYCZNY Z FIZYKI I ASTRONOMII

Przepływy laminarne - zadania

Statyka płynów - zadania

LXIII OLIMPIADA FIZYCZNA ZAWODY III STOPNIA

Ćwiczenie nr 43: HALOTRON

KOD UCZNIA KONKURS FIZYCZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW III ETAP WOJEWÓDZKI. 10 stycznia 2014

PRÓBNA MATURA ZADANIA PRZYKŁADOWE

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 1: Wahadło fizyczne. opis ruchu drgającego a w szczególności drgań wahadła fizycznego

Efekt Halla. Cel ćwiczenia. Wstęp. Celem ćwiczenia jest zbadanie efektu Halla. Siła Loretza

EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

Fizyka I (mechanika), rok akad. 2011/2012 Zadania na ćwiczenia, seria 2

KOD UCZNIA KONKURS FIZYCZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW III ETAP WOJEWÓDZKI. 09 lutego 2015

A. fałszywa dla każdej liczby x.b. prawdziwa dla C. prawdziwa dla D. prawdziwa dla

Równania prostych i krzywych; współrzędne punktu

Bryła sztywna. Fizyka I (B+C) Wykład XXI: Statyka Prawa ruchu Moment bezwładności Energia ruchu obrotowego

Opis ruchu obrotowego

Transkrypt:

LVIII OLIMPIADA FIZYCZNA ZAWODY II STOPNIA (Za każde z zadań można otrzymać maks. 20 pkt.) ZADANIE 1 W Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN pod Genewą protony o energii E = 7 10 12 ev będą krążyć w tunelu o kształcie zbliżonym do torusa. Mają to być dwie wiązki, każda w osobnej rurze o promieniu wewnętrznym r = 0,028 m (rys. 1). Tor ruchu protonów jest zakrzywiany przez 1232 nadprzewodzące elektromagnesy, z których każdy ma długość (wzdłuż kierunku biegu wiązki) l 0 = 14,3 m. Każdy z tych elektromagnesów wytwarza wewnątrz przechodzących przez niego fragmentów rur w przybliżeniu jednorodne pole magnetyczne. W każdym z ośmiu sektorów, na jakie podzielony jest cały tunel, elektromagnesy są połączone szeregowo w jeden obwód elektryczny. W przypadkach awaryjnych w ten obwód włączany jest specjalny opornik oddający ciepło do bloku stali o masie M = 8000 kg, a zasilanie jest odłączane. Ile wynosi najmniejsza wartość współczynnika tarcia µ gr, dla której jest to możliwe? Dla a = b przedyskutuj zależność µ gr od α i naszkicuj wykres tej zależności. Moment bezwładności jednorodnego prostopadłościanu o masie m względem osi obrotu przechodzącej przez jego środek masy i równoległej do krawędzi o długości c jest równy I 0 = m ( a 2 + b 2) /12. a b g elektromagnesy α Rys. 2 tunel rury w których biegną wiązki Rys. 1. Szkic fragmentu tunelu LHC. Pominięto niektóre elementy występujące w rzeczywistości. Skala nie jest zachowana. Oblicz wzrost T temperatury takiego bloku w przypadku awaryjnego zmniejszenia do zera natężenia prądu płynącego w elektromagnesach (a tym samym zmniejszenia do zera natężenia pola magnetycznego) w jednym z ośmiu sektorów. Przyjmij, że energia pola magnetycznego na zewnątrz rur jest w przybliżeniu równa energii pola magnetycznego wewnątrz rur (taka zależność wynika z rozważenia idealnego zagadnienia, w którym prąd płynie tylko po powierzchni rur, a na zewnątrz nie ma magnetyków). Pomiń straty energii związane z promieniowaniem elektromagnetycznym i oddawaniem ciepła przez blok do otoczenia. Prędkość światła c 3 10 8 m/s, przenikalność magnetyczna próżni µ 0 = 4π 10 7 VsA 1 m 1, masa protonu m 1 10 9 ev/c 2, ciepło właściwe stali c w = 450J/(kg K), ładunek protonu q 1,6 10 19 C, 1 ev 1,6 10 19 J. Informacja dodatkowa: Prócz magnesów zakrzywiajacych tor protonów, w tunelu znajduja się też magnesy ogniskujace i korygujace wiazkę. Tych magnesów tu nie rozważamy. Z tego względu i z powodu niedokładnego oszacowania energii pola magnetycznego poza rurami, w których biegnie wiazka, rzeczywisty wzrost temperatury jest większy, niż wynika z rozwiazania tego zadania. ZADANIE 2 Jednorodny, prostopadłościenny klocek o wymiarach a b c postawiono na równi pochyłej o kącie nachylenia α (rys. 2). W momencie postawienia klocek się nie obraca, krawędzie o długości a są pionowe, a krawędź o długości c styka się z równią. Zauważono, że w pierwszej chwili po postawieniu klocek nie ślizga się po równi, lecz obraca się względem osi styczności z równią. ZADANIE 3 Rozważmy przedstawiony na rysunku 3 układ składający się z połączonych ze sobą cylindrów o promieniach r 1 oraz r 2. Prawy cylinder o promieniu r 2 jest od góry szczelnie zamknięty, a lewy otwarty. W prawym cylindrze, nad wodą, znajduje się tłok o średniej gęstości równej gęstości wody. Początkowo tłok styka się z wieczkiem prawego cylindra, a jego górna powierzchnia znajduje się na tej samej wysokości, co powierzchnia wody w lewym cylindrze. Następnie do prawego cylindra wpuszczono nad tłok pewną ilość helu. Po ustaleniu się stanu równowagi jego ciśnienie wynosiło p = 2p 0 (gdzie p 0 jest ciśnieniem zewnętrznym), a temperatura była równa T 0. H 0 =h 0 2r 1 2r 1 t ok 2r 2 2r 2 Stan początkowy h 0 Rys. 3 H t ok hel Stan po wpuszczeniu helu Oblicz molowe ciepło właściwe helu w cylindrze w rozpatrywanym układzie. Szukane molowe ciepło właściwe c jest stosunkiem (Q/ T )/N, gdzie Q jest ciepłem niezbędnym do podwyższenia temperatury helu od T 0 do T 0 + T, gdzie T jest małe, a N jest liczbą moli helu. Tłok nie przepuszcza gazów i może przesuwać się bez tarcia. Ciśnienie zewnętrzne p 0 = 1000 hpa, gęstość wody ρ = 1000 kg/m 3, przyspieszenie ziemskie g = 10m/s 2, r 1 = 2,5 cm, r 2 = 5 cm, T 0 = 300 K, uniwersalna stała gazowa R = 8,3 J/(mol K). h

Rozwiazanie zadania 1 Gdy cząstka o ładunku q porusza się z prędkością v w polu magnetycznym o indukcji B, działa na nią siła F = q v B. (1) Ta siła powoduje zmianę pędu p cząstki d dt p = F. (2) Ponieważ cząstka jest relatywistyczna, jej pęd jest dany wzorem p = m v 1 v2 /c 2 = v E c 2, (3) gdzie v jest prędkością cząstki, m jej masą, E energią całkowitą, a c prędkością światła. Ponieważ F jest prostopadłe do v, siła nie zmienia wartości prędkości ani energii. Zatem w tym przypadku równanie (2) sprowadza się do E c 2 a = q v B. (4) gdzie a jest przyspieszeniem cząstki. Jest to przyspieszenie dośrodkowe, ponieważ a jest prostopadłe do v. Z drugiej strony przyspieszenie dośrodkowe jest równe a = v 2 /R. Zatem nasza cząstka porusza się po okręgu o promieniu R R = ve qbc 2. (5) Skoro są 1232 magnesy w sumie zmieniające kierunek biegu cząstki o 360 o, to cząstka wewnątrz magnesu porusza się po okręgu o promieniu R = 1232l 0 2π. (6) Ze wzorów (5) i (6) możemy wyznaczyć indukcję pola magnetycznego wewnątrz magnesu B = 2πEv qc 2 1232l 0. (7) Prędkość v możemy wyznaczyć ze związku E = mc 2 1 v2 /c 2, (8) ale ponieważ w naszym zagadnieniu E/ ( mc 2) jest duże, możemy we wzorze (7) przyjąć Daje to v c. Sumaryczna objętość obu rur wewnątrz jednego magnesu wynosi B = 2πE qc1232l 0 (9) 8,3 T. (10) V 1 = πr 2 l 0 2. (11) Zatem sumaryczna energia pola magnetycznego wewnątrz fragmentów rur przechodzących przez elektromagnesy znajdujące się w jednym sektorze wynosi W magwew/sektor = 1232 8 V1B 2 2µ 0 (12) = π3 r 2 (E/q) 2 2µ 0 c 2 1232l 0. (13) Przyjmując zgodnie z założeniem z treści zadania, że energia pola magnetycznego na zewnątrz rur jest równa powyższej, całkowita energia pola magnetycznego w jednym sektorze wynosi W mag/sektor = π3 r 2 (E/q) 2 µ 0 c 2 1232l 0 (14) 0,6 GJ. (15)

Gdy natężenie prądu zmaleje do zera, zmaleje do zera również energia pola magnetycznego. Zgodnie z założeniami, cała zmiana energii pola magnetycznego zostanie zużyta na podgrzanie bloku o masie M = 8 10 3 kg i cieple właściwym c w = 450J/(kg K), zatem temperatura wzrośnie o T = W mag/sektor Mc w = π3 r 2 (E/q) 2 µ 0 c 2 1232l 0 Mc w (16) 166 o C. (17) Punktacja do zadania 1 Związek między promieniem okręgu, po jakim porusza się proton, indukcją pola magnetycznego i energią oraz prędkością protonu (wzór (5) lub równoważny) 3 pkt. Energia pola magnetycznego wewnątrz rur w jednym sektorze (wzór (12) lub równoważny) wyrażona przez B 2pkt. Energia pola magnetycznego w jednym sektorze (wzór (14)) wyrażona przez E 2pkt. Szukany przyrost temperatury (wzór (16)) 2pkt. Wartość liczbowa przyrostu temperatury (wzór (17)) 1pkt.

Rozwiazanie zadania 2 I sposób Ponieważ klocek obraca się wokół osi styczności z równią, jego przyspieszenie kątowe ε spełnia związek mg b ( )] a 2 [I 2 = 0 + m 4 + b2 ε, (1) 4 stąd ε = gb 2[I 0 /m + (a 2 + b 2 )/4]. (2) Z zależności geometrycznych przyspieszenie środka masy klocka wzdłuż równi a x oraz prostopadłe do niej a y są dane równaniami a x = ε 2 sinα + a ) 2 cosα, (3) a y = ε 2 cosα a ) 2 sinα. (4) Z równań ruchu środka masy mamy mg sinα T = ma x, (5) mg cosα N = ma y. (6) gdzie T jest siłą tarcia (dodatnie T oznacza, że jest skierowane w górę równi), a N jest siłą reakcji równi. Zatem gdzie β jest określone równaniem T N = g sinα a x g cosα a y g sinα ε(bsinα + acosα)/2 = g cosα ε(bcosα asinα)/2 ( 4I0 /m + a 2) sinα abcosα = (4I 0 /m + a 2 )cosα + absinα ( 4a 2 /3 + b 2 /3 ) sinα abcosα = (4a 2 /3 + b 2 /3)cosα + absinα = tg(α β), (8) tgβ = ab/ ( 4I 0 /m + a 2) = 3ab/ ( 4a 2 + b 2). (9) Z definicji współczynnika tarcia µ T/N, zatem jego szukana wartość graniczna jest równa ( 4a 2 + b 2) sinα 3abcosα µ gr = (4a 2 + b 2 )cosα + 3absinα (7) (10) = tg(α β). (11) Zauważmy, że nawet dla bardzo małych wartości α szukane µ gr jest niezerowe, następnie maleje ze wzrostem α i osiąga wartość 0 dla α = β, a następnie rośnie. (Zauważmy, że ogólny charakter tej zależności nie zależy od konkretnych wartości a i b pod warunkiem, że a 0 i b 0.) Zależność µ gr od kąta nachylenia równi przy a = b.

II sposób Jeśli T jest siłą tarcia (dodatnie T oznacza, że jest skierowane w górę równi), a N jest siłą reakcji równi, to równanie ruchu obrotowego względem środka masy klocka przyjmuje postać I 0 ε = N 2 cosα a 2 sinα ) + T 2 sinα + a ) 2 cosα. (12) Równania ruchu środka masy są dane wzorami (5) i (6). Przez krawędź klocka stykającą się z równią przechodzi oś obrotu, co oznacza, że przyspieszenie tego boku jest równe zero a x ε 2 sinα + a ) 2 cosα = 0, (13) a y ε 2 cosα a ) 2 sinα = 0. (14) Z równań (12), (5), (6), (13) i (14) można wyznaczyć przyspieszenie kątowe klocka dane wzorem (2), a następnie stosunek T/N dany wzorem (7). Dalsze analiza przebiega jak w I sposobie. Punktacja do zadania 2 Równanie ruchu obrotowego (wzór (1) lub wzór (12) lub równoważny) 1pkt. Równania ruchu środka masy (wzory (5) i (6) lub równoważne) 1pkt. Związki (wzory (3) i (4) lub (13) i (14) lub równoważne) wynikające z faktu, że oś styczności klocka z równią jest chwilową osią obrotu 2pkt. Wyznaczenie przyspieszenia kątowego (wzór (2) ) 2 pkt. Szukane µ gr (wzór (10) lub równoważny) 2 pkt. Dyskusja zależności µ gr od α (funkcja malejąca w przedziale [0, β], gdzie β jest pewnym kątem określonym przez a i b, µ gr = 0 dla α = β, funkcja rosnąca w przedziale [β, 90 o ] i szkic wykresu 2 pkt.

Rozwiazanie zadania 3 Ponieważ jest nieściśliwa mamy S 1 (H H 0 ) + S 2 (h h 0 ) = 0, (1) gdzie S 1 = πr 2 1 jest powierzchnią cieczy w lewym cylindrze, S 2 = πr 2 2 w prawym, H wysokością poziomu powierzchni wody w lewym cylindrze, a h wysokością górnej powierzchni tłoka. Stąd H H 0 = S 2 S 1 (h h 0 ) = V S 1, (2) gdzie V jest objętością helu. Z hydrostatyki ciśnienie helu jest równe Uwzględniając poprzednie wyniki otrzymamy p = ρg (H h) + p 0. (3) ( 1 p = + 1 ) ρgv + p 0. (4) S 1 S 2 Podstawiając to do równania stanu gazu doskonałego dostaniemy [( 1 + 1 ] )ρgv + p 0 V = NRT. (5) S 1 S 2 Traktując V jako funkcję T i różniczkując to równanie stronami po T dostaniemy ( 1 ρg + 1 ) 2V dv S 1 S 2 dt + p dv 0 = NR. (6) dt Zatem związek między małymi zmianami temperatury T i małymi zmianami objętości V jest w rozważanym układzie dany równaniem [ ( 1 2 + 1 ] )ρgv + p 0 V = NR T. (7) S 1 S 2 Z pierwszej zasady termodynamiki wynika, że ciepło dostarczone do helu jest równe Q = U + p V, (8) gdzie U = (3/2)NR T jest zmianą energii wewnętrznej helu, a p V jest pracą wykonaną nad helem przez otoczenie. Uwzględniając związek (7) otrzymujemy ( Z warunku p = 2p 0 dostaniemy 1 S 1 + 1 Zatem szukane molowe ciepło właściwe wynosi Q = 3 2 NR T + p ( 2 S 2 )ρgv = p 0, a zatem 1 S 1 + 1 NR T S 2 ) ρgv + p 0 (9) Q = 3 2 NR T + 2 NR T. (10) 3 c = 13 6 R (11) 18,0 J mol K. (12) Punktacja do zadania 3 Związek między objętością helu, a zmianą poziomów wody w każdym z cylindrów (wzór (2) lub równoważny) 1 pkt. Związek między ciśnieniem helu a jego objętością w rozważanej sytuacji (wzór (4)) 1 pkt. Związek między temperaturą helu a jego objętością w rozważanej sytuacji (wzór (5) lub równoważny) 1 pkt. Związek między zmianami temperatury helu a zmianami jego jego objętości w rozważanej sytuacji (wzór (7) lub równoważny) 2 pkt. Pierwsza zasada termodynamiki (wzór (8) lub równoważny) i zastosowanie jej w rozwiązaniu zadania 2 pkt. Szukane ciepło molowe (wzór (11)) 3 pkt.