Один моль разреженного аргона участвует в процессе 1-2-3, представленном на графике зависимости давления p от средней кинетической энергии Ек теплового движения молекул. Из приведенного ниже списка выберите все верные утверждения, характеризующие процессы на рисунке. 1) В процессе 1–2 внутренняя энергия уменьшается. 2) В процессе 2–3 аргон изотермически сжимают. 3) В процессе 1–2 концентрация аргона уменьшается. 4) В процессе 2–3 температура аргона растёт. 5) В процессе 2–3 аргон отдаёт окружающей среде положительное количество теплоты.

Анализ графика:

График представляет зависимость давления (p) от средней кинетической энергии (\(E_k\)) молекул аргона. Средняя кинетическая энергия одной молекулы прямо пропорциональна абсолютной температуре: \( E_k = \frac{3}{2}kT \), где \(k\) — постоянная Больцмана, \(T\) — абсолютная температура.

Процесс 1 → 2:

• На графике видно, что \(E_k\) увеличивается, а давление \(p\) остается постоянным.
• Так как \(E_k\) растет, температура \(T\) растет.
• Для одноатомного идеального газа внутренняя энергия \(U\) пропорциональна температуре: \( U = \frac{3}{2}nRT \), где \(n\) — количество вещества. Следовательно, внутренняя энергия растет.
• При постоянном давлении \(p\) и растущей температуре \(T\), объем \(V\) растет (согласно закону Шарля: \(V = \frac{nRT}{p}\)).
• Концентрация \(c = \frac{N}{V} = \frac{n \times N_A}{V}\) (где \(N\) — число частиц, \(N_A\) — число Авогадро). Так как \(V\) растет, а \(n\) постоянно, концентрация уменьшается.

Процесс 2 → 3:

• На графике видно, что \(E_k\) остается постоянным, а давление \(p\) увеличивается.
• Так как \(E_k\) постоянно, температура \(T\) постоянна.
• Следовательно, внутренняя энергия \(U\) постоянна.
• При постоянной температуре \(T\) и растущем давлении \(p\), объем \(V\) уменьшается (согласно закону Бойля-Мариотта: \(pV = nRT\)).

Анализ утверждений:

1. В процессе 1–2 внутренняя энергия уменьшается. Неверно. В процессе 1–2 \(E_k\) растет, значит, растет и температура, а следовательно, и внутренняя энергия.
2. В процессе 2–3 аргон изотермически сжимают. Неверно. В процессе 2–3 температура постоянна (изотермический процесс), но аргон сжимается, а не расширяется, так как объем уменьшается при росте давления.
3. В процессе 1–2 концентрация аргона уменьшается. Верно. В процессе 1–2 объем газа увеличивается при постоянном давлении и температуре, что приводит к уменьшению концентрации.
4. В процессе 2–3 температура аргона растёт. Неверно. В процессе 2–3 \(E_k\) остается постоянной, следовательно, температура постоянна.
5. В процессе 2–3 аргон отдаёт окружающей среде положительное количество теплоты. Неверно. В процессе 2–3 давление растет, объем падает, а температура постоянна. Работа, совершаемая газом, отрицательна (W < 0), так как газ сжимается. Так как внутренняя энергия постоянна (\( ΔU = 0 \)), то по первому закону термодинамики \( Q = W \). Следовательно, количество теплоты, полученное газом, отрицательно (Q < 0), что означает, что газ отдаёт теплоту окружающей среде. Однако, в утверждении сказано «положительное количество теплоты», что противоречит тому, что газ отдаёт теплоту. Если бы вопрос был «получает ли газ положительное количество теплоты», то ответ был бы нет. Если бы вопрос был «отдаёт ли газ количество теплоты», то ответ был бы да. Так как вопрос «отдаёт ли газ положительное количество теплоты», то это означает, что Q > 0, что неверно.

Ответ: 3.