سوال ۷۴ · فیزیک
کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت اول · سوال ۷۴ · کلید رسمی سازمان سنجش
فیزیک · فیزیک ۱ (ریاضی) · فصل ۴: دما و گرما
اگر دمای هوای اتاقی را از به برسانیم، چه کسری از مولکولهای هوا خارج شود تا فشار هوای اتاق تغییر نکند؟
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۱ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
حجم اتاق را ثابت میگیریم. اگر با گرمکردن هوا هیچ مولکولی خارج نشود، فشار افزایش مییابد؛ زیرا در حجم و مقدار گاز ثابت، فشار با دمای مطلق متناسب است (فیزیک ۱ (ریاضی)، صفحههای ۱۱۸–۱۱۹). بنابراین برای ثابت ماندن فشار باید بخشی از مولکولها خارج شوند.
ابتدا دماها را به کلوین تبدیل میکنیم؛ همانطور که در مثال قوانین گازهای کتاب تأکید شده، در این روابط باید از دمای مطلق استفاده کرد (فیزیک ۱ (ریاضی)، صفحههای ۱۱۸–۱۱۹):
تعداد اولیه و نهایی مولکولها را بهترتیب و مینامیم. از معادلهٔ گاز کامل داریم:
چون فشار و حجم ثابتاند، حاصلضرب ثابت میماند؛ پس:
کسر موردنظر، تعداد مولکولهای خارجشده نسبت به تعداد اولیه است، نه نسبت به تعداد باقیمانده. بنابراین:
پاسخ: گزینهٔ ۱
چرا گزینههای دیگر نادرستاند
- گزینهٔ ۲: ممکن است دانشآموز افزایش دما را بر عدد ثابتِ تبدیل سلسیوس به کلوین تقسیم کند و به برسد؛ اما این عدد دمای نهایی هوا نیست و نباید در مخرج کسر خروج قرار گیرد.
- گزینهٔ ۳: این گزینه از محاسبهٔ به دست میآید. این نسبت، تعداد مولکولهای خارجشده نسبت به تعداد مولکولهای باقیمانده است، نه نسبت به تعداد اولیهٔ مولکولها که سؤال میخواهد.
- گزینهٔ ۴: ممکن است دانشآموز افزایش یکدرجهای دما را با دمای نهایی اشتباه بگیرد و با افزودن به آن، مخرج را بسازد؛ درحالیکه برای تبدیل به کلوین باید دمای واقعی هوا را تبدیل کرد، نه تغییر دما را.
راهنمایی قدمبهقدم (پیش از دیدن پاسخ)
- قوانین گازها را مرور کنید: در رابطههای گازها، دما باید برحسب کلوین باشد. همچنین توجه کنید که حجم اتاق ثابت است، ولی تعداد مولکولهای هوای آن تغییر میکند.
- از رابطهٔ گاز کامل استفاده کنید. با ثابت بودن فشار و حجم، حاصلضرب تعداد مولکولها در دمای مطلق ثابت میماند.
- اگر تعداد اولیه و نهایی مولکولها را و بگیرید، کسر خروج برابر است. دماهای دادهشده را به کلوین تبدیل کنید و در این عبارت بگذارید.