Термодинамика (нет… — Задание ЕГЭ по физике №00016530

На графике необычные оси: давление $p$ и концентрация молекул $n$ — число молекул в единице объёма. Чтобы говорить о теплоте, нужно перевести этот график на привычный язык объёма и температуры.

Две опоры. Первая: масса и состав газа не меняются, значит, число молекул $N$ постоянно, и концентрация $n=\dfrac{N}{V}$ однозначно показывает объём: чем больше $n$, тем меньше $V$. Вторая: давление идеального газа $p=nkT$, откуда температура $T=\dfrac{p}{nk}$.

Знак теплоты определяем по первому закону термодинамики: $$Q=\Delta U+A,$$ где $\Delta U$ — изменение внутренней энергии (у идеального газа оно того же знака, что и изменение температуры), $A$ — работа газа (положительна при расширении, отрицательна при сжатии).

Участок 1–2. Отрезок вертикальный: концентрация не меняется, значит, не меняется и объём — процесс изохорный, работа $A=0$. Давление растёт при постоянной $n$, поэтому по формуле $T=\dfrac{p}{nk}$ температура растёт, $\Delta U\gt 0$. Тогда $Q=\Delta U\gt 0$: газ получает теплоту.

Участок 2–3. Отрезок горизонтальный: давление постоянно — процесс изобарный. Концентрация растёт, значит, объём уменьшается: газ сжимают, $A\lt 0$. При постоянном давлении и растущей $n$ температура $T=\dfrac{p}{nk}$ уменьшается, $\Delta U\lt 0$. Оба слагаемых отрицательны, $Q=\Delta U+A\lt 0$: газ отдаёт теплоту.

Итог: на участке 1–2 газ принимает теплоту, на участке 2–3 — отдаёт.