Циклы и Тепловые… — Задание 9 ЕГЭ по физике №00028597

На графике в осях $p$–$T$ нарисован замкнутый цикл $A\to B\to C\to D\to A$. Чтобы разобраться, что происходит с газом, нужно понять природу каждого участка: прямая через начало координат — это изохора (объём не меняется), вертикальная линия (постоянная $T$) — изотерма.

Пунктирная линия из начала координат идёт как раз через точки $D$ и $A$ и продолжается сплошной линией до $B$ — значит, $A\to B$ лежит на изохоре: объём газа не меняется, а давление и температура одновременно растут. При нагревании газа при постоянном объёме работа не совершается ($A=0$), поэтому всё подведённое тепло идёт на увеличение внутренней энергии: $Q=\Delta U\gt 0$ — газ получает положительное количество теплоты. Утверждение 2 верно.

Отрезок $B\to C$ — вертикальный, то есть температура не меняется (изотерма), а давление падает. Раз газ на этом участке расширяется при постоянной температуре, внутренняя энергия не меняется ($\Delta U=0$), а газ совершает положительную работу — значит, поглощает тепло.

Отрезок $C\to D$ лежит на второй изохоре (второй линии через начало координат, более пологой) — объём не меняется, а давление и температура падают. Раз объём постоянен, работа равна нулю, и весь этот участок описывается только изменением внутренней энергии.

Отрезок $D\to A$ — снова вертикальный, то есть изотермический: температура постоянна, а давление растёт. При постоянной температуре $pV=\text{const}$, поэтому рост давления означает уменьшение объёма — это сжатие, а не расширение, значит утверждение 5 (об «изотермическом расширении») неверно.

Чтобы понять знак работы газа за весь цикл, отметим объёмы: на изохоре $D\to A$ объём наименьший и не меняется; при переходе $A\to B$ (изохора) он тоже не меняется, а при движении $B\to C$ (изотермическое расширение) объём растёт заметно сильнее, чем он потом уменьшается на $C\to D$ при более низком давлении. В координатах $p$–$V$ такой цикл обходится по часовой стрелке, а это означает, что суммарная площадь фигуры — положительная работа, совершённая газом за цикл. Утверждение 1 верно.