Циклы и Тепловые… — Задание 9 ЕГЭ по физике №00043003

Сюжет: 1 моль разреженного аргона проходит процесс 1–2–3. Оси графика: давление $p$ и средняя кинетическая энергия молекул $\overline{E}_{\text{к}}$. Поскольку $\overline{E}_{\text{к}}=\dfrac{3}{2}kT$, горизонтальная ось — это фактически ось абсолютной температуры.

Участок 1–2. Отрезок вместе с пунктиром идёт из начала координат: $p$ пропорционально $\overline{E}_{\text{к}}$, то есть температуре. Основное уравнение $p=nkT$ показывает: так бывает, только если концентрация молекул $n$ постоянна. Утверждение 3 («концентрация остаётся неизменной») верное. Количество газа фиксировано, поэтому неизменна концентрация — неизменен и объём: процесс изохорный.

Теплота на 1–2. При постоянном объёме газ не совершает работы, и по первому закону термодинамики $Q=\Delta U$. Энергия молекул вдоль стрелки растёт, значит, растёт и внутренняя энергия, $Q\gt0$ — аргон получает тепло. Утверждение 1 верное.

Участок 2–3. Отрезок вертикальный: энергия молекул, а значит и температура, не меняется. Утверждение 4 верное. Внутренняя энергия идеального одноатомного газа $U=\dfrac{3}{2}\nu RT$ зависит только от температуры — она тоже не меняется, так что утверждение 5 («увеличивается») неверное.

Расширение или сжатие на 2–3? Давление растёт при постоянной температуре. По закону Бойля–Мариотта $pV=\text{const}$, значит, объём уменьшается — газ сжимают, а не расширяют. Утверждение 2 неверное.

Проверим себя: точка 3 стоит прямо над точкой 2 — та же температура, большее давление; больше давление при той же температуре бывает только в меньшем объёме. Верны утверждения 1, 3 и 4.