ID: 00015293
На рисунке показан процесс изменения состояния одного моля идеального одноатомного газа ($U$ — внутренняя энергия газа, $p$ — его давление). Как изменяются в ходе этого процесса температура и объём газа?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется
Запишите в ответ выбранные цифры для каждой физической величины (для температуры, затем для объёма). Цифры в ответе могут повторяться.

Источник: ФИПИ
График нарисован в непривычных осях, поэтому сначала спокойно разберёмся, что именно на нём изображено, а потом достанем температуру и объём.
Что видно на рисунке. По горизонтали отложено давление $p$, по вертикали — внутренняя энергия $U$. Процесс идёт из точки 1 в точку 2 по прямой линии, и эта прямая продолжена пунктиром ровно в начало координат.
Стрелка направлена вправо-вверх: и давление, и внутренняя энергия растут.
Прямая, проходящая через начало координат, — это признак прямой пропорциональности. То есть в этом процессе
$$\frac{U}{p}=\text{const}$$
Запомним этот факт, он и решит всю задачу.
Температура. У одноатомного идеального газа внутренняя энергия — это, по сути, «переодетая» температура:
$$U=\frac{3}{2}\nu RT$$
Отсюда
$$T=\frac{2U}{3\nu R}$$
Количество вещества $\nu=1$ моль постоянно, $R$ — постоянная. Значит температура меняется точно так же, как $U$. По графику $U$ растёт, поэтому температура увеличивается.
Объём. Его на осях нет, достаём из уравнения состояния:
$$pV=\nu RT$$
Подставим сюда $\nu RT=\dfrac{2}{3}U$ (это то же соотношение $U=\frac{3}{2}\nu RT$, переписанное наоборот):
$$pV=\frac{2}{3}U$$
Выразим объём:
$$V=\frac{2U}{3p}$$
А мы уже выяснили по графику, что отношение $\dfrac{U}{p}$ в этом процессе постоянно — прямая идёт через ноль. Значит и объём постоянен:
$$V=\frac{2}{3}\cdot\frac{U}{p}=\text{const}$$
То есть объём не изменяется. Физически это изохорный процесс — газ в жёстком сосуде: его греют, давление и внутренняя энергия растут вместе, а раздвинуть стенки он не может.
Проверим себя: для изохоры $\dfrac{p}{T}=\text{const}$, то есть $p$ и $T$ пропорциональны. А так как $U$ пропорциональна $T$, то $U$ пропорциональна $p$ — ровно прямая через начало координат, которую мы и видим.
Итог: сначала цифра для температуры (увеличивается), затем для объёма (не изменяется).