ID: 00015226
На $pV$-диаграмме показаны два процесса, проведённые с одним и тем же количеством газообразного неона. Чему равно отношение работ $A_{34}/A_{12}$, совершённых газом в этих процессах?
Источник: ФИПИ
Нужно сравнить работы газа в двух процессах, показанных на одной $pV$-диаграмме. Числа на осях в таких задачах обычно не подписаны — и это не мешает, потому что спрашивают отношение: цена клетки при делении сократится.
Главное правило. На диаграмме «давление — объём» работа газа равна площади фигуры под линией процесса, то есть площади между самой линией и осью объёмов. Если газ расширяется, работа положительная; если его сжимают, работа газа отрицательная.
Как считать площадь. Всё сводится к двум школьным фигурам.
Если участок горизонтальный (давление постоянно), под ним прямоугольник, и работа равна
$$A=p\,\Delta V,$$то есть «высота умножить на длину».
Если участок наклонный (давление меняется линейно), под ним трапеция, и работа равна полусумме начального и конечного давлений, умноженной на изменение объёма:
$$A=\frac{p_{\text{нач}}+p_{\text{кон}}}{2}\cdot\Delta V.$$Порядок действий. Обозначим цену одной клетки по давлению как $p_0$, а по объёму — как $V_0$. Тогда одна клетка площади — это работа $p_0V_0$.
Шаг первый: снимаем с рисунка координаты точек $1$ и $2$ в клетках, определяем форму участка $1-2$ и считаем площадь под ним — получаем $A_{12}$ в единицах $p_0V_0$.
Шаг второй: то же самое делаем для точек $3$ и $4$ и находим $A_{34}$ в тех же единицах.
Шаг третий: делим одну работу на другую — единицы $p_0V_0$ сокращаются, остаётся чистое число:
$$\frac{A_{34}}{A_{12}}=\frac{\text{площадь под }3-4}{\text{площадь под }1-2}.$$Проверка себя. Прикиньте результат на глаз: та фигура, которая крупнее по площади, и даёт бо́льшую работу. Если по расчёту вышло наоборот — ищите ошибку в снятых координатах. И следите за порядком деления: в вопросе стоит именно $A_{34}/A_{12}$, а не наоборот.
Обратите внимание: род газа (здесь неон) и его количество для работы не важны — работа определяется только площадью под графиком.