Расширение гелия с отдачей тепла

Запиши первое начало термодинамики для всего процесса и вспомни, что внутренняя энергия газа не может стать отрицательной.

\(A_{\max} = \dfrac45U_0 = 1{,}2\,p_0V_0 = 120\) Дж.

Пусть \(U_0\) и \(U\) — начальное и конечное значения внутренней энергии газа. Переданная окружающей среде энергия равна \(U_0 - U\). Согласно первому началу термодинамики, она складывается из количества теплоты \(Q = A/4\) и работы \(A\); отсюда \(U_0 - U = (5/4)A\). Конечная внутренняя энергия гелия не может быть отрицательна, поэтому работа \(A\) не может превосходить \((4/5)U_0\). При указанных в задаче численных данных гелий находится в газообразном состоянии. Считая одноатомный газ идеальным, находим: \(U_0 = (3/2)p_0V_0\).

Следовательно, максимально возможная работа гелия равна \[A_{\max} = (4/5)U_0 = 1{,}2\,p_0V_0 = 120\text{ Дж}.\]

Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.