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.