ID: 00012735
Постоянное количество одноатомного идеального газа участвует в процессе, график которого изображен на рисунке в координатах р-n, где р — 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
Газ одноатомный идеальный, число молекул постоянно. Концентрация $n = \dfrac{N}{V}$, поэтому при постоянном $N$ изменение концентрации означает изменение объёма: чем меньше $n$, тем больше $V$.
По первому закону термодинамики $Q = \Delta U + A$, где для одноатомного газа внутренняя энергия $U = \dfrac{3}{2}\nu R T$ растёт вместе с температурой, а $A$ — работа газа.
Процесс 1–2. Давление постоянно (на графике $p\text{–}n$ это горизонтальный участок), а концентрация уменьшается — значит объём увеличивается. Газ расширяется и совершает положительную работу: $A \gt 0$. При изобарном расширении по закону Гей-Люссака температура растёт, поэтому внутренняя энергия увеличивается: $\Delta U \gt 0$. Тогда $Q = \Delta U + A \gt 0$ — в процессе 1–2 газ получает теплоту.
Процесс 2–3. Концентрация не меняется — значит объём постоянен, и газ работы не совершает: $A = 0$. Давление растёт при постоянном объёме, поэтому по закону Шарля температура растёт, и внутренняя энергия увеличивается: $\Delta U \gt 0$. Тогда $Q = \Delta U \gt 0$ — в процессе 2–3 газ тоже получает теплоту.