На рис., а) дан график изменения состояния идеального газа в координатах V–T. Представим этот процесс в координатах p–V и p–T.
На рисунке изображен круговой процесс в идеальном газе, в результате которого газ вернулся в исходное состояние с прежними параметрами. Рассмотрим каждый участок этого процесса.
Решение:
Участок 1-2. На этом участке объем газа увеличивался прямо пропорционально его абсолютной температуре, значит, это изобарное нагревание и расширение.
Участок 2-3. Здесь температура газа не менялась, а его объем уменьшался. Значит, это изотермическое сжатие, при котором давление газа увеличивается.
Участок 3-1. На этом участке постоянным оставался объем газа, а температура уменьшалась, следовательно, происходило изохорное охлаждение газа, при котором уменьшается его давление.
Построим график этого же кругового процесса в координатных осях p–V . Проведем оси координат, обозначим их, поставим точку 1 и подумаем, как надо построить изобару 1-2, чтобы имело место расширение газа. Очевидно, она «пойдет» параллельно оси объемов направо. Ограничим ее точкой 2.
Участок 2-3 соответствует изотермическому сжатию газа с увеличением давления. В координатах p–V изотерма изображается гиперболой, которая «пойдет» справа налево и вверх. Ограничим ее точкой 3, которая должна располагаться строго над точкой 1, ведь последний участок нашего графика представляет собой изохору, которая «пойдет» параллельно оси давлений сверху вниз. Проведем эту изохору от точки 3 до точки 1, замкнув график (рис., б). Одно задание сделано.
Теперь построим этот же график, но уже в координатных осях р–Т. Проведем оси координат, обозначим их, поставим точку 1 и подумаем, как теперь «пойдет» наша изобара. Очевидно, что так же, как и на рисунке 1, слева направо, параллельно оси температур, ведь температура газа повышается. Ограничим изобару точкой 2.
Следующий участок графика — изотермическое сжатие газа с ростом его давления. Понятно, что изотерма в этом случае должна «идти» вверх, чтобы температура не менялась, причем ее надо вести до точки, которая расположится на одной прямой с точкой 1 и началом координат 0. Обозначим эту точку цифрой 2.
Следующий участок графика — изохорное охлаждение с уменьшением давления. Поскольку давление газа согласно закону Шарля уменьшается прямо пропорционально температуре, наша изохора должна «смотреть» прямо в начало координат, т.е. ее продолжение должно проходить через начало координат — через точки 1 и 0. Проведем ее до точки 1 и в ней замкнем график (рис., в).