Термодинамика (нет… — Задание ЕГЭ по физике №00017036

Идея

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.

Шаг 1. Читаем диаграмму

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 $A = Q - \Delta U \gt 0$.

Шаг 2. Что это значит для объёма

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 $A = Q - \Delta U \gt 0$.