ID: 00025729
При переводе идеального газа из состояния 1 в состояние 2 давление р газа пропорционально его плотности ρ (см. рисунок). Масса газа в процессе остаётся постоянной.
Из приведённого ниже списка выберите два правильных утверждения, характеризующих процесс 1–2.
1) Средняя кинетическая энергия теплового движения молекул газа уменьшается.
2) Концентрация молекул газа уменьшается.
3) Абсолютная температура газа остаётся неизменной.
4) Происходит изотермическое сжатие газа.
5) Среднеквадратичная скорость теплового движения молекул газа увеличивается.
Источник: ФИПИ
На рисунке в осях «давление $p$ — плотность $\rho$» газ переходит из состояния 1 в состояние 2 по прямой, проходящей через начало координат — то есть $p$ прямо пропорциональна $\rho$ на всём пути.
Плотность газа связана с давлением через $p=\dfrac{\rho RT}{\mu}$ (это уравнение состояния, переписанное через плотность вместо объёма). Раз отношение $p/\rho$ постоянно вдоль всего процесса (прямая через начало координат имеет постоянный наклон), то и температура $T=\dfrac{p\mu}{\rho R}$ остаётся постоянной — процесс 1–2 изотермический.
Утверждение 1: средняя кинетическая энергия теплового движения молекул уменьшается. Но она зависит только от температуры ($E=\dfrac{3}{2}kT$), а температура постоянна — энергия не меняется. Неверно.
Утверждение 2: концентрация молекул газа уменьшается. Концентрация $n=\dfrac{\rho}{m_0}$ прямо пропорциональна плотности. Из рисунка видно, что состояние 2 находится выше и правее состояния 1 — то есть плотность растёт, а значит, растёт и концентрация, а не уменьшается. Неверно.
Утверждение 3: абсолютная температура газа остаётся неизменной. Мы уже это установили — процесс изотермический. Верно.
Утверждение 4: происходит изотермическое сжатие газа. Раз плотность растёт (при постоянной массе газа), объём уменьшается — это и есть сжатие, причём при постоянной температуре. Верно.
Утверждение 5: среднеквадратичная скорость теплового движения молекул увеличивается. Она зависит только от температуры ($v_{кв}=\sqrt{3kT/m}$), а температура постоянна — скорость не меняется. Неверно.