Задание 21: Молекулярная физика−электродинамика. Качественная задача

Типичная формулировка состоит из двух частей:

1. Описание бытовой или природной ситуации (роса на траве, нагрев воздуха в комнате, поведение жидкости, работа прибора) с вопросом «объясните, почему так происходит».
2. Дополнительный практический вопрос: какие приборы нужны для измерения величины, какие справочные данные потребуются, как изменится физическая величина при заданном изменении условий.

За задание можно получить максимум 3 балла:

• 1 балл — верно указано физическое явление или закон, лежащий в основе объяснения; …

МКТ и влажность:

• Абсолютная влажность — плотность водяного пара в воздухе, $\rho$, измеряется в $\text{кг/м}^3$.
• Относительная влажность: $\varphi = \dfrac{p}{p_{нас}} \cdot 100\%$, где $p$ — парциальное давление пара, $p_{нас}$ — давление насыщенного пара при данной температуре.
• Давление насыщенного пара растёт с температурой нелинейно (по таблицам), поэтому при остывании воздуха пар быстрее становится насыщенным.
• Точка росы — температура, при которой имеющийся в воздухе пар становится насыщенным.
• Уравнение состояния идеального газа: $pV = \dfrac{m}{M}RT$.

Тепловые явления:

• Количество теплоты при нагревании: $Q = cm\Delta T$.
• Теплота фазового перехода: $Q = \lambda m$ (плавление), $Q = Lm$ (парообразование).
• Уравнение теплового баланса: сумма отданных и полученных теплот равна нулю.
• Испарение идёт при любой температуре, кипение — только при температуре, когда давление насыщенного пара равно внешнему давлению.

Термодинамика:

• Первый закон термодинамики: $Q = \Delta U + A$, где $A$ — работа газа.
• Внутренняя энергия идеального газа: $U = \dfrac{i}{2}\dfrac{m}{M}RT$.
• Изопроцессы: изотермический ($T=\text{const}$), изобарный ($p=\text{const}$), изохорный ($V=\text{const}$), адиабатный ($Q=0$).
• КПД тепловой машины: $\eta = \dfrac{A}{Q_1} = \dfrac{Q_1-Q_2}{Q_1}$.

Электричество и магнетизм:

• Закон Ома для участка цепи: $I = \dfrac{U}{R}$.
• Закон электромагнитной индукции: $\varepsilon_i = -\dfrac{\Delta \Phi}{\Delta t}$.
• Сила Ампера: $F = BIl\sin\alpha$; сила Лоренца: $F = qvB\sin\alpha$.
• Мощность тока: $P = UI = I^2R$.

…

1. Прочитать условие и выделить явление. Определить, о каком физическом процессе идёт речь: фазовый переход, теплообмен, работа газа, электромагнитная индукция, движение тела.
2. Сформулировать вопрос точно. Понять, что именно нужно объяснить: причину явления, изменение величины, выбор прибора.
3. Назвать закон или закономерность. Указать конкретный физический закон, который лежит в основе объяснения (например, зависимость давления насыщенного пара от температуры).
4. Построить цепочку рассуждений. От исходного условия (например, «температура понижается») последовательно вывести следствия («давление насыщенного пара уменьшается» → «пар становится насыщенным» → «происходит конденсация»).
5. Указать приборы и справочные величины, если требуется. Перечислить, что именно нужно измерить и какие табличные данные использовать для расчёта. …