В цилиндре, закрытом подвижным поршнем, находится идеальный газ. На рисунке диаграмма, показывающая изменение внутренней энергии U газа и передаваемое ему количество теплоты Q. Опишите изменение объёма газа при его переходе из состояния 1 в 2, а затем в 3.

Для определения изменения объёма нужно использовать первый закон термодинамики:

где

• $Q$ — количество теплоты, переданное газу,

• $\Delta U$ — изменение внутренней энергии газа,

• $A$ — работа, совершённая газом.

Отсюда работа газа:

А именно работа показывает, как изменялся объём:

• если $A>0$, газ совершает работу — объём увеличивается (расширение);

• если $A<0$, работу совершают над газом — объём уменьшается (сжатие);

• если $A=0$, объём не изменяется.

Поэтому для перехода 1 → 2 нужно сравнить на диаграмме значения $Q$ и $\Delta U$:

• если переданное тепло больше увеличения внутренней энергии ($Q>\Delta U$), газ расширяется;

• если меньше ($Q<\Delta U$), газ сжимается.

Аналогично для перехода 2 → 3 нужно снова сравнить $Q$ и $\Delta U$ на этом участке.

Без самого рисунка с величинами $Q$ и $\Delta U$ однозначно сказать, увеличился или уменьшился объём на каждом этапе нельзя.