Циклы и Тепловые… — Задание 9 ЕГЭ по физике №00051500

Что на рисунке. Цикл $ABCDA$ в осях «объём — температура». Для каждого участка выясним, что происходит с давлением, работой, внутренней энергией и теплотой. Опоры две: уравнение Менделеева–Клапейрона $pV=\nu RT$ и первый закон термодинамики $Q=\Delta U+A$, где $A$ — работа газа.

Участок $AB$: продолжение отрезка (штриховая линия) проходит через начало координат, $\dfrac{V}{T}=\text{const}$, значит, давление постоянно — изобара. По стрелке от $A$ к $B$ растут и объём, и температура: изобарное расширение с нагреванием.

Участок $BC$: горизонтальный отрезок — объём постоянен, температура растёт.

Участок $CD$: вертикальный отрезок — температура постоянна, объём уменьшается: газ изотермически сжимают.

Участок $DA$: горизонтальный отрезок — объём постоянен, температура падает.

Утверждения.

1) На $AB$ газ нагревается ($\Delta U\gt0$) и расширяется ($A\gt0$), поэтому $Q=\Delta U+A\gt0$: газ теплоту получает, а не отдаёт. Неверно.

2) На $CD$ объём уменьшается. Газ при сжатии совершает отрицательную работу, а внешние силы, которые его сжимают, — положительную. Верно.

3) На $BC$ объём постоянен, температура растёт; из $p=\dfrac{\nu RT}{V}$ давление растёт. Верно.

4) На $AB$ температура растёт, так что газ нагревался, а не охлаждался. Неверно.

5) На $DA$ объём постоянен, работа $A=0$, поэтому $Q=\Delta U$. Температура падает, $\Delta U\lt0$, значит, $Q\lt0$: газ отдал положительное количество теплоты. Верно.

Проверим себя: газ отдаёт теплоту на «остывающих» и «сжимающихся» участках $CD$ и $DA$ и получает на $AB$ и $BC$ — с выводами пунктов 1 и 5 это согласуется. Верны утверждения 2, 3 и 5.