Термодинамика — Задание 10 ЕГЭ по физике №00043017

Что тут происходит. Газ (одноатомный, идеальный, постоянной массы) находится в сосуде постоянного объёма — изохорный процесс — и отдаёт окружающим телам количество теплоты $Q\gt 0$. Обрати внимание: «$Q\gt0$» здесь — это величина отданной теплоты, а направление задаёт слово «отдаёт». Нужно понять, что стало с плотностью газа и его внутренней энергией.

Плотность. Плотность — масса, делённая на объём: $\rho=\dfrac{m}{V}$. Масса газа по условию постоянная, объём в изохорном процессе тоже не меняется. Значит, плотность не изменилась. Цифра 3.

Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики для полученной газом теплоты: $$Q_{\text{получ}}=\Delta U+A$$ Объём не меняется, поэтому работа газа $A=0$. Газ теплоту отдаёт, то есть полученная теплота отрицательна: $Q_{\text{получ}}=-Q\lt0$. Значит, $\Delta U=-Q\lt 0$ — внутренняя энергия уменьшилась ровно на отданную теплоту. Цифра 2.

Проверим себя: внутренняя энергия одноатомного газа $U=\dfrac32\nu RT$ уменьшается вместе с температурой. Газ в жёстком сосуде, отдавая тепло, остывает — восполнить потерю энергии за счёт работы над ним некому: стенки его не сжимают. Всё сходится.