ID: 00017036
В цилиндре, закрытом подвижным поршнем, находится идеальный газ. На рисунке показана диаграмма, иллюстрирующая изменение внутренней энергии U газа и передаваемое ему количество теплоты Q (см. рисунок). Опишите изменение объёма газа при его переходе из состояния 1 в состояние 2, а затем в состояние 3. Свой ответ обоснуйте, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.
Источник: Сборник Гиголо
Объём газа меняется только тогда, когда газ совершает работу: если поршень выходит наружу — газ расширяется и A\gt 0, если поршень вдавливается — газ сжимается и A\lt 0. А чему равна работа газа, нам подскажет первое начало термодинамики. Запишем его так, чтобы выразить именно работу:
Q = \Delta U + A \;\Rightarrow\; A = Q - \Delta U.
То есть работа газа на участке — это разность между подведённым теплом Q и приростом внутренней энергии \Delta U. Удобство диаграммы в том, что на ней по осям отложены как раз эти две величины.
На участке от состояния 1 к состоянию 2, а затем от 2 к 3 подводимое тепло Q растёт быстрее, чем внутренняя энергия U (точки лежат так, что приращение \Delta Q на каждом шаге больше приращения \Delta U). Значит, на каждом участке A = Q - \Delta U \gt 0.
Положительная работа газа (A\gt 0) означает, что газ толкает поршень наружу, то есть его объём увеличивается. Так как условие A\gt 0 выполняется и на участке 1→2, и на участке 2→3, объём растёт на всём пути.
Ответ: при переходе из состояния 1 в 2 и далее в 3 объём газа всё время увеличивается (газ расширяется на каждом участке), потому что работа газа A = Q - \Delta U \gt 0.
При переходе из состояния 1 в состояние 3 (через 2) объём газа всё время увеличивается — газ расширяется на всех участках.