.02 Молекулярная физика. Термодинамика

Запишем первый закон термодинамики:

где – количество теплоты, переданное газу, – изменение внутренней энергии, – работа газа.
Работа газа положительна, когда объём увеличивается и отрицательна, когда объём уменьшается.
Внутренняя энергия газа равна

где – количество вещества, – температура газа.
Плотность равна:

где – масса газа, – его объём.
Процесс 1-2: давление растет, плотность постоянна, значит, объём постоянен (по формуле (1)), значит, работа газа равна нулю. Так как объём постоянен, то и с увеличением давления увеличивается и температура, следовательно, увеличивается и внутренняя энергия (по формуле (2)), значит, газ получает положительное количество теплоты (по формуле (1)).
Процесс 2-3: плотность пропорциональна давлению (из графика) . Идеальный газ подчиняется закону Клапейрона–Менделеева:

Тогда

где – масса газа, – молярная масса газа, – плотность газа.
Так как , то и внутренняя энергия газа постоянна (по формуле (2)). Плотность растет, значит, объём уменьшается (по формуле (3)) и работа газа отрицательна, значит, по формуле (1) газ отдает положительное количество теплоты.