ID: 00017037
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 давления 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
Давление газа само по себе на диаграмме $U$–$Q$ не отложено, поэтому будем добывать его через две связки. Первая — температура: внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры, $U=\tfrac{3}{2}\nu R T$, значит по росту/убыли $U$ мы видим, греется газ или остывает. Вторая — работа: $A=Q-\Delta U$ говорит, расширяется газ или сжимается. А давление вытащим из уравнения состояния $pV=\nu RT$.
На этом участке внутренняя энергия $U$ растёт, значит растёт температура $T$. Работа $A=Q-\Delta U$ здесь отрицательна или близка к нулю (тепла подводится меньше, чем прирост $U$), то есть газ сжимается — объём $V$ уменьшается. В уравнении $p=\dfrac{\nu R T}{V}$ числитель ($T$) растёт, а знаменатель ($V$) убывает — давление однозначно увеличивается.
Здесь подводимого тепла много: $A=Q-\Delta U\gt 0$, газ расширяется, объём $V$ растёт быстрее, чем температура. В формуле $p=\dfrac{\nu R T}{V}$ знаменатель опережает числитель, поэтому давление уменьшается.
При переходе 1→2 давление газа увеличивается, а при переходе 2→3 — уменьшается.