Ответ:
При медленном движении поршень в каждый момент находится в механическом равновесии. Изначально давления внутри и снаружи равны, поэтому пружина не деформирована.
После перемещения поршня пружина растянута на \(b\). Равновесие поршня даёт для конечного давления газа:
\[p_1S=p_0S+kb,\qquad p_1=p_0+\frac{kb}{S}.\]
Объёмы газа в начальном и конечном состояниях: \(V_0=SL\), \(V_1=S(L+b)\). Для одноатомного идеального газа внутренняя энергия равна \(U=\frac32pV\), поэтому
\[\Delta U=\frac32(p_1V_1-p_0V_0)=\frac32\bigl(p_0Sb+kb(L+b)\bigr).\]
Работа газа расходуется на работу против атмосферного давления и на растяжение пружины:
\[A=p_0Sb+\frac12kb^2.\]
По первому началу термодинамики \(Q=\Delta U+A\). Подставим выражения:
\[Q=\frac52p_0Sb+\frac32kb(L+b)+\frac12kb^2=\frac52p_0Sb+\frac32kbL+2kb^2.\]
Отсюда
\[\boxed{S=\frac{2Q-kb(3L+4b)}{5p_0b}}.\]
