Термодинамика — Задание 9 ЕГЭ по физике №00047384

Разложим опыт на два этапа и на каждом проследим, что постоянно, а что меняется. Масса неона всё время одна и та же.

Этап 1 — изотермическое расширение. Температура постоянна, объём растёт. По закону Бойля — Мариотта при постоянной температуре произведение $pV$ не меняется, поэтому давление падает.

Внутренняя энергия неона $U=\dfrac32\nu RT$ зависит только от температуры. Температура постоянна — значит, $U$ на этом этапе не меняется.

При этом газ расширяется и совершает положительную работу $A\gt0$. Откуда он берёт на неё энергию, если его внутренняя энергия не меняется? Это объясняет первый закон термодинамики: теплота, полученная газом, идёт на изменение внутренней энергии и на работу газа:

$$Q=\Delta U+A.$$

На этапе 1 $\Delta U=0$, поэтому $Q=A\gt0$: газ получает теплоту.

Этап 2 — изохорное охлаждение. Объём постоянен, поэтому работы нет: $A=0$. Температура падает, и при постоянном объёме вместе с ней падает давление ($\dfrac pT=\text{const}$).

Внутренняя энергия уменьшается вместе с температурой, $\Delta U\lt0$. По первому закону $Q=\Delta U\lt0$ — газ отдаёт теплоту.

Утверждение 1. На первом этапе объём вырос — концентрация $n=\dfrac NV$ уменьшилась, на втором не менялась. В итоге уменьшилась. Верно.

Утверждение 2. Давление падало и при изотермическом расширении, и при изохорном охлаждении — конечное меньше начального. Неверно.

Утверждение 3. На первом этапе температура постоянна — $U$ не меняется, на втором температура падает — $U$ уменьшается. Верно.

Утверждение 4. На первом этапе газ получал теплоту ($Q=A\gt0$), отдавал он её только на втором. Неверно.

Утверждение 5. На втором этапе объём постоянен, работа равна нулю. Неверно.

Верны утверждения 1 и 3.