Zad 5.4 arkusz UJ 2021

Odpowiem najpierw na drugie pytanie. Jeśli mamy tłok poruszający się bez tarcia (często używa się też terminu mówiącego, iż jest to swobodny tłok) i nie przykładamy do niego żadnej zewnętrznej siły, to przemiana jest izobaryczna - zwracałem na to uwagę na naszych zajęciach (nawet na jednych z zajęć powtórkowych udowadnialiśmy to sobie). Tutaj przemiana AB jest w istocie izobaryczna, natomiast BC jest już przemianą izochoryczną - oznacza to, że tam tłok musiał być w jakiś sposób "zatrzymany" w miejscu (czyli było już jakieś zewnętrzne oddziaływanie).

Odnośnie pytań z zadania:

1) Z r. Clapeyrona wiemy, że pV = nRT, a zatem temperatura T jest proporcjonalna do iloczynu pV, z kolei energia wewnętrzna jest przecież proporcjonalna do temperatury. W przemianie BC iloczyn pV wzrósł dwukrotnie, zatem T również i U (energia wewnętrzna również). Ta z kolei jest sumą energii kinetycznych cząsteczek danego gazu, a te są przecież proporcjonalne do v^2. Więc dwukrotny wzrost U, to pierw(2) wzrost prędkości, stąd fałsz.

2) Iloczyn pV od A do C się nie zmienił, więc energia wewnętrzna również.