Start › Klasy › Fizyka — Klasa 2 LO — rozszerzony › Gaz doskonały — równanie Clapeyrona

Gaz doskonały — równanie Clapeyrona

Fizyka — Klasa 2 LO — rozszerzony — teoria, wzory, quizy i zadania do tego tematu.

📄Zadania z arkuszy 9

Prawdziwe zadania z arkuszy egzaminacyjnych (matura, egzamin ósmoklasisty, próbne) dotyczące tego tematu.

Zadanie nr 6.1 · Matura 2026

Informacja do zadania 6. Wykres p(V) przedstawia przemianę A → B ustalonej masy gazu doskonałego ($C_V=\tfrac{3}{2}R$). Stany (punkty kratowe): A = (V = 10·10⁻³ m³; p = 2·10⁴ Pa), B = (V = 25·10⁻³ m³; p = 5·10⁴ Pa); A→B to odcinek prosty leżący na prostej przechodzącej przez początek układu (p ∝ V).

Zadanie 6.1. Oceń prawdziwość (P/F):
1. W przemianie A → B temperatura T zmienia się wprost proporcjonalnie do kwadratu objętości.
2. W przemianie A → B średnia wartość prędkości cząsteczek gazu wzrasta.

P/P 1. P, 2. P
P/F 1. P, 2. F
F/P 1. F, 2. P
F/F 1. F, 2. F
Zadanie nr 6.2 · Matura 2026

Zadanie 6.2. Podaj iloraz temperatur bezwzględnych gazu w stanach B i A: TB/TA.

Zadanie nr 6.1 · Próbny 2026

Na wykresie przedstawiono cykl przemian gazu doskonałego: $S_{1}(2V_{1},p_{1})$, $S_{2}(2V_{1},3p_{1})$, $S_{3}(3V_{1},3p_{1})$, $S_{4}(3V_{1},p_{1})$. Gaz oddaje do chłodnicy w jednym cyklu ciepło $Q_{odd}=11,5\cdot p_{1}V_{1}$.

Rysunek do zadania 6

Iloraz temperatur bezwzględnych $T_{2}:T_{4}$ gazu w stanach $S_{2}$ i $S_{4}$ wynosi

A $2:3$
B $2:1$
C $3:2$
D $3:1$
Zadanie nr 6.2 · Matura 2025
Wyznacz $V_B$, $V_C$ oraz $V_X$ – objętości gazu w stanach $B$, $C$ oraz $X$ – w zależności tylko od $V_1$. Zapisz odpowiednie równania oraz podaj wzory na $V_B$, $V_C$ i $V_X$. Na wykresie 2. narysuj zależność ciśnienia $p$ od objętości $V$ w opisanym cyklu przemian $A \to B \to C \to A$. Oznacz stany gazu $A$, $B$, $C$ oraz $X$.
Rysunek do zadania 6.2
Zadanie nr 5.2 · Próbny 2024

Wpisz właściwą liczbę: iloraz temperatur $\dfrac{T_{2}}{T_{4}}$ gazu w stanach $G_{2}$ i $G_{4}$ jest równy …

Zadanie nr 6.1 · Matura 2023

Zadanie 6.1. Oceń prawdziwość (P/F):
1. W pierwszej przemianie (izochorycznej) siła parcia gazu na tłok jest wprost proporcjonalna do temperatury bezwzględnej.
2. W drugiej przemianie (izobarycznej) objętość gazu jest wprost proporcjonalna do średniej energii kinetycznej cząsteczek.

P/P 1. P, 2. P
P/F 1. P, 2. F
F/P 1. F, 2. P
F/F 1. F, 2. F
Zadanie nr 5.3 · Próbny 2022

Ustal, czy w każdym stanie przemiany $\mathcal{B}$ temperatura gazu przekracza $350$ K. Zapisz obliczenia oraz niezbędne zależności fizyczne uzasadniające Twoje stwierdzenie.

Zadanie nr 7.3 · Matura 2021

Oblicz objętość azotu w stanie końcowym $B$. ($R=8{,}31\,\tfrac{\text{J}}{\text{mol·K}}$.)

Zadanie nr 7.4 · Matura 2021

Siła parcia, z jaką azot w stanie początkowym $A$ działa na $1\text{ cm}^2$ płaskiej ścianki, ma wartość ___ N.

📘Teoria 2

Gaz doskonały — równanie stanu i przemiany
Równanie Clapeyrona (gaz doskonały): $$pV = nRT$$ Gdzie: $p$ — ciśnienie [Pa], $V$ — objętość [m³], $n$ — liczba moli [mol], $R = 8{,}314$ J/(mol·K), $T$ — temperatura bezwzględna [K].
Dla stałej ilości gazu: $\dfrac{p_1V_1}{T_1} = \dfrac{p_2V_2}{T_2}$
Prosto mówiąc: Gaz doskonały to model — cząsteczki punktowe, bez oddziaływań (z wyjątkiem zderzeń sprężystych). Powietrze w typowych warunkach zachowuje się prawie jak gaz doskonały.
Izoprocesy — przemiany przy stałej wielkości:
  • Izotermiczna ($T=\text{const}$): $p_1V_1 = p_2V_2$ (prawo Boyle'a)
  • Izobaryczna ($p=\text{const}$): $\dfrac{V_1}{T_1} = \dfrac{V_2}{T_2}$ (prawo Gay-Lussaca)
  • Izochoryczna ($V=\text{const}$): $\dfrac{p_1}{T_1} = \dfrac{p_2}{T_2}$ (prawo Charlesa)
  • Adiabatyczna ($Q=0$): $pV^\gamma = \text{const}$
Przykład: Gaz w zbiorniku: $p_1=2$ atm, $V_1=10$ L, $T_1=300$ K. Po podgrzaniu do $T_2=450$ K, ciśnienie? $$\frac{p_1}{T_1} = \frac{p_2}{T_2} \Rightarrow p_2 = \frac{2\cdot450}{300} = 3 \text{ atm}$$
⚡ Zapamiętaj: Temperatura musi być w Kelwinach! $T[K] = T[°C] + 273{,}15$. Błąd Celsiuszy w Kelvinach = błąd w całym wyniku. 0 K = −273,15°C to minimum absolutne.
Gaz doskonały — równanie Clapeyrona (klasa 2 LO)

Model

Cząsteczki punktowe, bez oddziaływań poza zderzeniami sprężystymi.

Równanie

$p V=n R T$, gdzie $n$ to liczba moli, $R$ stała gazowa.

Warunki

Temperatura zawsze w kelwinach.

∑Wzory 2

Równanie Clapeyrona (klasa 2 LO)
$$p V=n R T$$

Co liczy: stan gazu doskonałego.

$n$ — liczba moli, $R$ — stała gazowa, $T$ w kelwinach.

Równanie stanu gazu doskonałego
$$pV = nRT$$

Do czego służy: Opisuje każdy stan gazu doskonałego (idealnego) — ciśnienie, objętość i temperaturę w jednym równaniu.

Zmienne

  • $p$ — ciśnienie (Pa = N/m²)
  • $V$ — objętość (m³)
  • $n$ — liczba moli (mol)
  • $R = 8{,}314 \text{ J/(mol·K)}$ — uniwersalna stała gazowa
  • $T$ — temperatura bezwzględna (K); $T = t[°C] + 273$

Dla stałej masy gazu (forma przejściowa)

$$\frac{p_1 V_1}{T_1} = \frac{p_2 V_2}{T_2} = nR = \text{const}$$

Jak stosować

  1. Przelicz temperaturę: $T = t + 273$ K — ZAWSZE!
  2. Przelicz ciśnienie na Pa, objętość na m³
  3. Zastosuj $\frac{p_1 V_1}{T_1} = \frac{p_2 V_2}{T_2}$ do znalezienia nieznanej wielkości

Przykład

Gaz w 27°C, 1 atm, 2 L. Ogrzano do 127°C przy stałym ciśnieniu. Objętość?

  1. $T_1 = 300 \text{ K}$, $T_2 = 400 \text{ K}$, $p_1 = p_2$
  2. $\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2} \Rightarrow V_2 = 2 \cdot \frac{400}{300} = 2{,}67 \text{ L}$

⚠️ Częsty błąd: Temperatura MUSI być w Kelwinach! $0°C = 273 K$. Wstawienie stopni Celsjusza (np. 0°C do licznika) da błędny wynik.

🧩Quizy 1

✍Zadania dodatkowe 10

Zadania ćwiczeniowe ze zbiorów Matematix — z rozwiązaniami krok po kroku.

Zadanie nr FZ14.1

Gaz o objętości $2\ \text{m}^3$ pod ciśnieniem $10^5$ Pa sprężono izotermicznie do objętości $0{,}5\ \text{m}^3$. Oblicz ciśnienie końcowe.

Zadanie nr FZ14.2

Gaz w zamkniętym naczyniu o stałej objętości ogrzano od $27^\circ$C do $327^\circ$C. Ile razy wzrosło jego ciśnienie?

Zadanie nr FZ14.3

Ustalona masa gazu doskonałego przechodzi przemianę, w której ciśnienie jest wprost proporcjonalne do objętości. Wtedy temperatura bezwzględna gazu jest proporcjonalna do:

A $V$
B $\sqrt{V}$
C $V^2$
D $\tfrac1V$
Zadanie nr FZ14.4

Rozważamy ustaloną masę gazu doskonałego. Oceń prawdziwość stwierdzeń.

  1. W przemianie izochorycznej ciśnienie gazu jest wprost proporcjonalne do temperatury bezwzględnej.
  2. W przemianie izobarycznej objętość gazu jest wprost proporcjonalna do średniej energii kinetycznej cząsteczek.
  3. W przemianie izotermicznej średnia energia kinetyczna cząsteczek rośnie.

Oceń prawdziwość każdego stwierdzenia (P — prawda, F — fałsz) i wybierz odpowiedni układ.

P/P/P 1. P, 2. P, 3. P
P/P/F 1. P, 2. P, 3. F
P/F/P 1. P, 2. F, 3. P
P/F/F 1. P, 2. F, 3. F
F/P/P 1. F, 2. P, 3. P
F/P/F 1. F, 2. P, 3. F
F/F/P 1. F, 2. F, 3. P
F/F/F 1. F, 2. F, 3. F
Zadanie nr FZ14.5

W naczyniu o objętości $0{,}02\ \text{m}^3$ znajduje się $0{,}5$ mola gazu doskonałego w temperaturze $300$ K. Oblicz ciśnienie gazu ($R=8{,}31\,\tfrac{\text{J}}{\text{mol}\cdot\text{K}}$).

Zadanie nr FZ14.6

Gaz doskonały rozpręża się izobarycznie pod ciśnieniem $2\cdot10^5$ Pa od objętości $1\ \text{m}^3$ do $3\ \text{m}^3$. Oblicz pracę wykonaną przez gaz oraz stosunek temperatur końcowej do początkowej.

Zadanie nr FZ14.7

Gaz przechodzi ze stanu $(p_1=10^5\ \text{Pa};\ V_1=2\ \text{m}^3;\ T_1=300\ \text{K})$ do stanu $(p_2=1{,}5\cdot10^5\ \text{Pa};\ V_2=3\ \text{m}^3)$. Oblicz temperaturę końcową.

Zadanie nr FZ14.8

Gaz doskonały przechodzi cykl: izochoryczne ogrzanie od $(p_1,V_1)$ do $3p_1$, izobaryczne rozprężenie do $3V_1$, a następnie powrót do stanu początkowego. Oblicz pracę wykonaną przez gaz w całym cyklu w jednostkach $p_1V_1$ (przyjmij powrót po odcinku prostym na wykresie $p(V)$).

Zadanie nr FZ14.9

Oblicz średnią energię kinetyczną cząsteczki gazu doskonałego w temperaturze $27^\circ$C oraz stosunek średnich prędkości kwadratowych cząsteczek helu ($M=4\,\tfrac{\text{g}}{\text{mol}}$) i tlenu ($M=32\,\tfrac{\text{g}}{\text{mol}}$) w tej samej temperaturze ($k=1{,}38\cdot10^{-23}\,\tfrac{\text{J}}{\text{K}}$).

Zadanie nr FZ14.10

Gaz doskonały przechodzi przemianę, w której $p\propto V$, od stanu $A$ o objętości $V_1$ do stanu $B$ o objętości $2V_1$. Wykaż, że temperatura wzrasta czterokrotnie, i oblicz stosunek średnich prędkości kwadratowych cząsteczek w obu stanach.

Zacznij dziś

Zacznij naukę już dziś — to nic nie kosztuje

Załóż bezpłatne konto i otwórz dostęp do pełnego śledzenia postępów, planów nauki i quizów. Arkusze i zadania podstawowe są dostępne bez rejestracji. Już ponad 5 000 uczniów uczy się z Matematix.