Циклы и Тепловые… — Задание 9 ЕГЭ по физике №00043004

Что происходит. Аргон работает в тепловом двигателе по циклу-прямоугольнику на $pV$-диаграмме. Снимем координаты вершин по сетке: точка 1 — $(V_0;\,2p_0)$, точка 2 — $(3V_0;\,2p_0)$, точка 3 — $(3V_0;\,p_0)$, точка 4 — $(V_0;\,p_0)$. Обход 1 → 2 → 3 → 4 → 1.

Температура. Из уравнения состояния $pV=\nu RT$ абсолютная температура пропорциональна произведению $pV$. Посчитаем его в единицах $p_0V_0$: в точке 1 — $2$, в точке 2 — $6$, в точке 3 — $3$, в точке 4 — $1$. Максимум в точке 2, минимум в точке 4, их отношение $\dfrac{6}{1}=6$, а не 3. Утверждение 4 неверное.

Утверждение 2. На участке 3–4 произведение $pV$ падает с 3 до 1 — температура уменьшается. Внутренняя энергия одноатомного газа $U=\dfrac{3}{2}pV$ следует за температурой и тоже уменьшается. Верно.

Утверждение 3. Работа газа за цикл равна площади прямоугольника цикла: высота $2p_0-p_0=p_0$, ширина $3V_0-V_0=2V_0$, $$A=p_0\cdot2V_0=2p_0V_0$$ Верно.

Утверждение 5. На участке 4–1 объём постоянный — работы нет, а давление растёт, значит, растёт температура и внутренняя энергия. По первому закону $Q=\Delta U\gt0$ — газ получает тепло от нагревателя. Верно.

Утверждение 1. Холодильнику газ отдаёт тепло там, где $Q\lt0$. На 3–4 газ сжимается и остывает — отдаёт. Но и на 2–3 объём постоянен, а давление падает: газ остывает без работы, $Q=\Delta U\lt0$, — тоже отдаёт. Значит, не «только в процессе 3–4». Неверно.

Проверим себя: тепло газ получает на 4–1 и 1–2 (нагрев и расширение), отдаёт на 2–3 и 3–4 — каждый из четырёх участков учтён. Верны утверждения 2, 3 и 5.