ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 79.2: Внутренняя энергия

Для решения этой задачи необходимо вспомнить определение внутренней энергии идеального газа. Внутренняя энергия U одноатомного идеального газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре T: U=3/2νRT где ν — количество вещества, а R — универсальная газовая постоянная. Поскольку масса газа постоянна, то и количество вещества ν не меняется. Следовательно, изменение внутренней энергии ΔU зависит исключительно от изменения температуры ΔT. Если температура газа не изменяется (ΔT=0), то и внутренняя энергия остаётся постоянной (ΔU=0).

Проанализируем каждый из предложенных вариантов процессов:

• 1) Изобарный процесс. При постоянном давлении объём газа может изменяться. Согласно уравнению Менделеева–Клапейрона PV=νRT, если давление P постоянно, а объём V меняется, то температура T также должна меняться. Значит, внутренняя энергия изменяется.
• 2) Изохорный процесс. При постоянном объёме давление газа может изменяться. Аналогично предыдущему пункту, если V постоянно, а P меняется, то меняется и T. Внутренняя энергия изменяется.
• 3) Адиабатный процесс. Это процесс без теплообмена с окружающей средой (Q=0). По первому закону термодинамики ΔU=Q-A, откуда следует, что ΔU=-A. Если газ совершает работу (расширяется) или над ним совершается работа (сжатие), его внутренняя энергия меняется за счёт совершения работы. Температура при этом также изменяется.
• 4) Изотермический процесс. Название процесса происходит от греческого слова «изос» (равный) и «термос» (теплый). По определению, это процесс, протекающий при постоянной температуре (T=const). Так как T не меняется, то и ΔT=0, следовательно, ΔU=0.

Таким образом, единственное условие, при котором внутренняя энергия идеального газа не изменяется, — это постоянство температуры. Это соответствует изотермическому процессу. Ответ: вариант 4.