ID: 00025719
В цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится водяной пар. С паром в сосуде при постоянной температуре происходит процесс a → b → c , pV -диаграмма которого представлена на рисунке. Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения относительно этого процесса.
1) На участке b → c масса пара уменьшается.
2) На участке a → b к пару в сосуде подводится положительное количество теплоты.
3) В точке b водяной пар является насыщенным.
4) На участке a → b внутренняя энергия пара уменьшается.
5) На участке b → c плотность пара уменьшается.
Источник: ФИПИ
В цилиндре под подвижным поршнем — водяной пар (без отдельной жидкой капли в условии). Процесс $a\to b\to c$ на $pV$-диаграмме при постоянной температуре: сначала плавная кривая $a\to b$ (объём падает с $2V_0$ до $V_0$, давление растёт с $p_0$ до $2p_0$), затем горизонтальный участок $b\to c$ при постоянном давлении $2p_0$ (объём падает ещё сильнее, судя по подписи $V_0$).
Проверим кривую $a\to b$: $p_aV_a=p_0\cdot2V_0=2p_0V_0$, $p_bV_b=2p_0\cdot V_0=2p_0V_0$ — произведения совпадают, значит, температура на этом участке не меняется, и пар ведёт себя как обычный (ещё ненасыщенный) газ, подчиняющийся закону Бойля–Мариотта.
А вот на участке $b\to c$ давление держится постоянным, хотя поршень продолжает вдвигаться и объём уменьшается — так ведёт себя именно насыщенный пар: как только он достигает состояния насыщения (в точке $b$), при дальнейшем сжатии лишний пар просто конденсируется в капли, а давление остаётся равным давлению насыщения при этой температуре. Значит, в точке $b$ пар как раз становится насыщенным. Утверждение 3 верно.
Утверждение 1 говорит, что на участке $a\to b$ к пару подводится положительное тепло. Но участок $a\to b$ идёт при постоянной температуре и представляет собой СЖАТИЕ (объём падает с $2V_0$ до $V_0$) — при изотермическом сжатии внутренняя энергия не меняется ($\Delta U=0$), а газ совершает отрицательную работу (над ним работают внешние силы), поэтому пар, наоборот, ОТДАЁТ тепло, а не получает. Утверждение 1 неверно.
Утверждение 2 («на $a\to b$ внутренняя энергия пара уменьшается») тоже неверно — на изотерме внутренняя энергия идеального газа не меняется вовсе, она зависит только от температуры.
На участке $b\to c$ пар всё время насыщен, а его плотность (при постоянной температуре) зависит только от температуры и не зависит от объёма — она остаётся равной плотности насыщенного пара всё время, пока есть жидкость, в которую конденсируется избыток. Значит, плотность пара на $b\to c$ НЕ уменьшается, а остаётся постоянной. Утверждение 5 неверно.
Осталось утверждение 4: масса пара на $b\to c$ действительно уменьшается, потому что объём, доступный пару, сокращается, а его плотность держится постоянной (насыщенной) — значит, часть пара обязана превратиться в жидкость. Утверждение 4 верно.