ID: 00007765
Постоянное количество одноатомного идеального газа участвует в процессе, график которого изображён на рисунке в координатах $p – n$, где $p$ — давление газа, $n$ — его концентрация. Определите, получает газ теплоту или отдаёт в процессах $1–2$ и $2–3$. Ответ поясните, опираясь на законы молекулярной физики и термодинамики.
Источник: ФИПИ
Используем связь: концентрация $n = N/V$, при постоянном числе молекул $N = \mathrm{const}$, поэтому $n \propto 1/V$.
Участок 1→2 (изохорный процесс): Концентрация не меняется $\Rightarrow$ объём постоянен ($V = \mathrm{const}$). Работа газа: $$A_{12} = 0.$$ Из уравнения Менделеева–Клапейрона $PV = \nu RT$ при $V, \nu, R = \mathrm{const}$: рост давления $\Rightarrow$ рост температуры. Изменение внутренней энергии одноатомного газа: $$\Delta U_{12} = \tfrac{3}{2}\nu R \Delta T \gt 0.$$ По первому началу термодинамики: $$Q_{12} = \Delta U_{12} + A_{12} = \Delta U_{12} \gt 0.$$ Газ получает теплоту.
Участок 2→3 (изобарный процесс): Давление неизменно; концентрация убывает $\Rightarrow$ объём растёт ($V$ увеличивается). Работа газа: $$A_{23} = P \Delta V \gt 0.$$ Из $PV = \nu RT$ при $P, \nu, R = \mathrm{const}$: рост $V \Rightarrow$ рост температуры $\Rightarrow \Delta U_{23} \gt 0$. По первому началу термодинамики: $$Q_{23} = \Delta U_{23} + A_{23} \gt 0.$$ Газ получает теплоту.