Газ на U–p диаграмме

Внутренняя энергия одноатомного газа \(U = \frac{3}{2}\nu RT = \frac{3}{2}pV\); сравните, как меняются \(T\) и \(V\) на каждом участке.

Из графика следует, что в процессе 1–2 внутренняя энергия газа не изменяется, а его давление увеличивается. Так как внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется формулой \(U = \frac{3}{2}\nu RT\), температура газа постоянного количества не изменяется. Процесс является изотермическим. По закону Бойля–Мариотта \(pV = \mathrm{const}\) при увеличении давления объём уменьшается, газ совершает отрицательную работу (над газом совершается работа). По первому закону термодинамики \(Q = A + \Delta U\) при \(\Delta U = 0\) количество теплоты, передаваемое газу в этом процессе, отрицательно: газ отдаёт теплоту.

В процессе 2–3 внутренняя энергия газа прямо пропорциональна давлению: \(U = \frac{3}{2}pV\). Значит, объём газа в этом процессе не изменяется. Давление увеличивается, поэтому растёт и внутренняя энергия (температура). При неизменном объёме газ работы не совершает, и по первому закону термодинамики \(Q = \Delta U > 0\): газ получает положительное количество теплоты.