ЕГЭ
КАРТОЧКИ
ТЕСТЫ
ОБРАЧАТ
Главная
Курсы
Куратор
Подписка
10. Молекулярная физика и термодинамика: Молекулярная физика и термодинамика: изменение величин
Вертикальный гладкий цилиндр закрыт подвижным поршнем. Под поршнем в цилиндре находится $1$ моль неона. Объем цилиндра медленно уменьшают, сохраняя температуру неона неизменной. Как изменяются в этом процессе внутренняя энергия неона и концентрация его молекул?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
$1)$ увеличивается
$2)$ уменьшается
$3)$ не изменяется
| Внутренняя энергия неона | Концентрация молекул |
Внутренняя энергия неона:
Для одноатомного идеального газа (неон) внутренняя энергия определяется формулой:
$$U = \frac{3}{2}vRT$$ По условию температура $T$ и количество вещества $v$ постоянны, следовательно:
$$U = \text{const}$$ Ответ: $3$ (не изменяется).
Концентрация молекул неона:
Концентрация определяется как:
$$n = \frac{N}{V} = \frac{vN_A}{V}$$где $N$ — число молекул, $V$ — объем, $N_A$ — постоянная Авогадро.
При уменьшении объема $V$ и постоянном $v$ концентрация $n$ возрастает.
Ответ: $1$ (увеличивается).
20
Температуру холодильника тепловой машины Карно понизили, оставив температуру нагревателя прежней. Количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД тепловой машины и работа газа за цикл?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
$1)$ увеличилась
$2)$ уменьшилась
$3)$ не изменилась
| КПД тепловой машины | Работа газа за цикл |
Изменение КПД:
КПД машины Карно определяется формулой:
$$\eta = 1- \frac{T_x}{T_H}$$где $T_x$ — температура холодильника, $T_H$ — температура нагревателя.
При понижении $T_x$ (при $T_H = \text{const}$) величина $\frac{T_x}{T_H}$ уменьшается, следовательно:
$$\eta \uparrow$$ Ответ: $1$ (увеличилась).
Изменение работы газа :
Работа газа за цикл выражается через КПД:
$$A = \eta Q_H$$По условию $Q_H$ не изменилось, а $\eta$ увеличилось, значит:
$$A \uparrow$$ Ответ: $1$ (увеличилась).
20
В сосуде постоянного объема находилась при комнатной температуре смесь двух идеальных газов (по $1$ моль каждого). Половину содержимого сосуда выпустили, затем добавили $1$ моль первого газа. Температура поддерживалась постоянной. Как изменились парциальное давление первого газа и общее давление смеси?
Варианты изменений:
$1)$ увеличилось
$2)$ уменьшилось
$3)$ не изменилось
| Парциальное давление первого газа | Общее давление смеси |
Исходное состояние:
Количество вещества: $v_1 = v_2 = 1$ моль.
Общее количество: $v_{общ} = 2$ моль.
Общее давление: $p_{общ} = \frac{2RT}{V}.$
После выпуска половины смеси:
Выпущено $1$ моль (поровну каждого газа)
Осталось: $v_1 = v_2 = 0.5$ моль
После добавления $1$ моль первого газа:
Конечные количества:
— Первый газ: $v_1′ = 0.5 + 1 = 1.5$ моль
— Второй газ: $v_2′ = 0.5$ моль
Общее количество: $v_{общ}’ = 2$ моль
Анализ изменений:
Парциальное давление первого газа:
— Исходное: $p_1 = \frac{RT}{V}$
— Конечное: $p_1′ = \frac{1.5RT}{V}$
— Изменение: $p_1′ > p_1$ $→ 1$ (увеличилось)
Общее давление:
— Исходное: $p_{общ} = \frac{2RT}{V}$
— Конечное: $p_{общ}’ = \frac{2RT}{V}$
— Изменение: $p_{общ}’ = p_{общ}$ $→ 3$ (не изменилось)
20
Постоянная масса одноатомного идеального газа участвует в изобарном процессе, отдавая в окружающую среду количество теплоты $ Q > 0 . $ Как изменяются давление газа и его внутренняя энергия в этом процессе?
Варианты изменений:
$1)$ увеличивается
$2)$ уменьшается
$3)$ не изменяется
| Давление газа | Внутренняя энергия |
Давление газа:
Процесс изобарный по определению.
Ответ: $3$ (не изменяется).
Внутренняя энергия для одноатомного идеального газа:
$$U = \frac{3}{2}\nu RT$$ В изобарном процессе при отдаче теплоты согласно первому началу термодинамики:
$$Q = \Delta U + A$$
Работа газа положительна, так как при отдаче теплоты газ сжимается.
Поскольку $ Q > 0 $ (отдается), то $ \Delta U = Q- A < 0 .$
Следовательно, внутренняя энергия уменьшается.
Ответ: $2$ (уменьшается).
20
В калориметр со льдом при температуре $0\degree C$ добавили воду комнатной температуры. Как изменятся в результате установления теплового равновесия удельная теплоемкость воды и масса льда?
Варианты изменений:
$1)$ увеличивается
$2)$ уменьшается
$3)$ не изменяется
| Удельная теплоемкость воды | Масса льда |
Удельная теплоемкость воды.
Удельная теплоемкость — это физическая константа, характеризующая способность вещества поглощать тепло.
$$c_{воды} = 4200\ \frac{Дж}{кг\cdot K}$$Эта величина не зависит от температуры или массы вещества в данном диапазоне температур.
Ответ: $3$ (не изменяется).
Масса льда.
При установлении теплового равновесия вода комнатной температуры отдает тепло:
$$Q_{отд} = c_{воды}m_{воды}(T_{комн}- 0\degree C)$$ Лед получает это тепло и плавится:
$$Q_{пол} = \lambda m_{плав}$$По закону сохранения энергии:
$$Q_{отд} = Q_{пол}$$ $$c_{воды}m_{воды}T_{комн} = \lambda m_{плав}$$Часть льда превращается в воду, поэтому масса льда уменьшается.
Ответ: $2$ (уменьшается).
20
Темно-зеленый воздушный шарик, надутый в тени, вынесли на солнечный пляж. Как изменятся давление воздуха внутри шарика и средняя кинетическая энергия его молекул? Оболочка шарика тонкая, упругая и мягкая.
Варианты изменений:
$1)$ увеличивается
$2)$ уменьшается
$3)$ не изменяется
| Давление воздуха внутри шарика | Средняя кинетическая энергия |
Средняя кинетическая энергия молекул.
Определяется температурой газа:
$$\bar{E}_k = \frac{3}{2}kT$$На солнце шарик нагревается, температура газа увеличивается
Ответ: $1$ (увеличивается).
Давление воздуха в шарике.
Уравнение состояния:
$$pV = \nu RT$$При нагревании:
Объем увеличивается (шарик расширяется).
Но упругая оболочка создает дополнительное давление.
Суммарное давление:
$$p = p_{атм} + p_{упр}$$$p_{упр}$ растет при растяжении оболочки.
Ответ: $1$ (увеличивается).
20
В идеальной тепловой машине Карно увеличили количество теплоты $Q_H ,$ получаемое от нагревателя за цикл, при этом количество теплоты $Q_C ,$ отдаваемое холодильнику, и температура холодильника $T_C$ остались неизменными. Как изменились КПД машины и совершаемая работа за цикл?
Варианты изменений:
$1)$ увеличилась
$2)$ уменьшилась
$3)$ не изменилась
| КПД машины | Работа за цикл |
КПД тепловой машины.
Формула КПД для цикла Карно:
$$\eta = 1- \frac{Q_C}{Q_H}$$При увеличении $Q_H$ и постоянном $Q_C$:
Дробь $\frac{Q_C}{Q_H}$ уменьшается.
КПД $\eta$ увеличивается.
Ответ: $1$ (увеличилась).
Работа за цикл.
Связь работы с полученной и отданной теплотой:
$$A = Q_H- Q_C$$Поскольку $Q_H$ увеличилось, а $Q_C$ не изменилось:
Работа $A$ увеличивается.
Ответ: $1$ (увеличилась).
20
В сосуде постоянного объема находилась смесь двух идеальных газов при комнатной температуре: $1$ моль первого газа и $2$ моль второго газа. Половину содержимого выпустили, затем добавили $1$ моль первого газа (температура постоянна). Как изменились парциальное давление первого газа и общее давление смеси?
Варианты изменений:
$1)$ увеличилось
$2)$ уменьшилось
$3)$ не изменилось
| Парциальное давление первого газа | Общее давление смеси |
Исходное состояние:
Первый газ: $ν1 = 1$ моль. Второй газ: $ν_2 = 2$ моль. Общее количество: $ν{общ} = 3$ моль.
Общее давление: $p = \frac{3RT}{V}.$
После выпуска половины смеси.
Выпущено: $1.5$ моль (пропорционально составу).
Первого газа: $0.5$ моль.
Второго газа: $1$ моль.
Осталось:
Первый газ: $0.5$ моль.
Второй газ: $1$ моль.
После добавления $1$ моль первого газа.
Конечные количества:
Первый газ: $ν1′ = 1.5$ моль. Второй газ: $ν_2′ = 1$ моль. Общее количество: $ν{общ}’ = 2.5$ моль.
Анализ изменений.
Парциальное давление первого газа.
Исходное: $p_1 = \frac{RT}{V}.$
Конечное: $p_1′ = \frac{1.5RT}{V}.$
Изменение: $p_1′ > p_1$ $→ 1$ (увеличилось).
Общее давление.
Исходное: $p = \frac{3RT}{V}.$
Конечное: $p’ = \frac{2.5RT}{V}.$
Изменение: $p’ < p$ $→ 2$ (уменьшилось).
20
Температуру нагревателя тепловой машины Карно уменьшили, сохранив температуру холодильника неизменной. Количество теплоты $Q_x ,$ отдаваемое холодильнику за цикл, не изменилось. Как при этом изменились КПД машины и количество теплоты $Q_H ,$ получаемое от нагревателя?
Варианты изменений:
$1)$ увеличилась
$2)$ уменьшилась
$3)$ не изменилась
| КПД машины | Количество теплоты, получаемое от нагревателя |
Изменение КПД.
Формула КПД Карно:
$$\eta = 1- \frac{T_x}{T_H}$$При уменьшении $T_H$ и постоянном $T_x$:
Отношение $\frac{T_x}{T_H}$ увеличивается.
КПД $\eta$ уменьшается.
Ответ: $2$ (уменьшилась).
Изменение получаемого тепла.
Из формулы КПД:
$$\eta = 1- \frac{Q_x}{Q_H}$$ При уменьшении $\eta$ и постоянном $Q_x$:
Величина $\frac{Q_x}{Q_H}$ должна увеличиться.
Следовательно, $Q_H$ уменьшается.
Ответ: $2$ (уменьшилась).
20
Идеальный газ находится в горизонтальном цилиндре с подвижным поршнем (трение отсутствует). Давление снаружи постоянно и равно атмосферному. Объем газа быстро уменьшают. Как изменятся давление газа и его внутренняя энергия?
Варианты изменений:
$1) $ увеличится
$2)$ уменьшится
$3)$ не изменится
| Давление газа | Внутренняя энергия газа |
Давление газа.
Быстрое сжатие $≈$ адиабатный процесс.
Уравнение адиабаты для идеального газа:
$$pV^\gamma = const$$При уменьшении объема $V$ давление $p$ возрастает.
Ответ: $1$ (увеличится).
Внутренняя энергия.
Для адиабатного процесса:
$$\Delta U = A$$ где $A$ — работа внешних сил.
При сжатии $A > 0$ (внешние силы совершают работу).
Следовательно, $\Delta U > 0$
Ответ: $1$ (увеличится).
20
В цилиндрическом сосуде под подвижным поршнем (без трения) находится газ. Газ нагревают. Как изменятся объем газа и его давление в результате этого процесса?
Варианты изменений:
$1)$ увеличивается
$2)$ уменьшается
$3)$ не изменяется
| Объем газа | Давление газа |
Давление газа.
Подвижный поршень обеспечивает равенство давления газа внешнему давлению (атмосферному + давление от веса поршня).
При нагревании система автоматически регулирует положение поршня для поддержания этого равенства.
Ответ: $3$ (не изменяется).
Объем газа.
По закону Гей-Люссака для изобарного процесса:
$$\frac{V}{T} = const$$ При нагревании объем увеличивается.
Ответ: $1$ (увеличивается).
20
В закрытом сосуде постоянного объема от идеального газа отвели некоторое количество теплоты. Как при этом изменятся давление газа и его внутренняя энергия?
Варианты изменений:
$1)$ увеличится
$2)$ уменьшатся
$3)$ не изменятся
| Давление газа | Внутренняя энергия |
Внутренняя энергия.
По первому закону термодинамики для изохорного процесса:
$$ΔU = Q- A = Q- 0 = Q$$Так как тепло отводится, то:
$$ΔU < 0$$Ответ: $2$ (уменьшится).
Давление газа.
Уравнение состояния идеального газа:
$$pV = νRT$$При постоянном объеме и уменьшении внутренней энергии (что означает снижение температуры):
$$p \sim T$$Следовательно, давление уменьшается.
Ответ: $2$ (уменьшится).
20
В сосуде постоянного объема находилась смесь двух идеальных газов (по $1$ моль каждого) при комнатной температуре. Половину смеси выпустили, затем добавили $1$ моль второго газа (температура постоянна). Как изменились парциальное давление второго газа и общее давление смеси?
Варианты изменений:
$1)$ увеличилось
$2)$ уменьшилось
$3)$ не изменилось
| Парциальное давление второго газа | Общее давление смеси |
Исходное состояние:
Первый газ: $ν1 = 1$ моль. Второй газ: $ν_2 = 1$ моль. Общее количество: $ν{общ} = 2$ моль.
После выпуска половины смеси.
Выпущено: $1$ моль (0.5 моль каждого газа).
Осталось:
— Первый газ: $0.5$ моль.
— Второй газ: $0.5$ моль.
После добавления $1$ моль второго газа.
Конечные количества:
— Первый газ: $0.5$ моль.
— Второй газ: $1.5$ моль.
Общее количество: $ν_{общ}’ = 2$ моль.
Парциальное давление второго газа.
Исходное: $p_2 = \frac{RT}{V}.$
Конечное: $p_2′ = \frac{1.5RT}{V}.$
Изменение: $p_2′ > p_2$ $→ 1$ (увеличилось).
Общее давление.
Исходное: $p = \frac{2RT}{V}.$
Конечное: $p’ = \frac{2RT}{V}.$
Изменение: $p’ = p$ $→ 3$ (не изменилось).
20
В цилиндрическом сосуде под массивным поршнем находится газ. Поршень не закреплен и может перемещаться в сосуде без трения. В сосуд закачивается еще такое же количество газа при неизменной температуре. Как изменятся в результате этого давление газа и концентрация его молекул?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
$1)$ увеличилась
$2)$ уменьшилась
$3)$ не изменилась
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
| Давление газа | Концентрация молекул газа |
Давление газа.
Поскольку поршень не закреплен и может свободно перемещаться, давление газа в сосуде определяется внешними условиями: атмосферным давлением и весом поршня. Формально, давление газа равно:
$$ p = p_{\text{атм}} + \frac{mg}{A}$$ где $p_{\text{атм}}$ — атмосферное давление, $m$ — масса поршня, $g$ — ускорение свободного падения, $A$ — площадь поршня.
Так как эти величины не изменяются, давление газа остается постоянным.
Ответ: $3$ (не изменится).
Концентрация молекул газа.
Концентрация молекул определяется как:
$$ n = \frac{N}{V} $$ где $N$ — количество молекул газа, $V$ — объем сосуда.
При добавлении газа количество молекул $N$ увеличивается в $2$ раза (по условию закачивается «такое же количество»). Однако поршень подвижен, и объем $V$ также увеличится, чтобы сохранить давление постоянным. Из уравнения состояния идеального газа при постоянной температуре:
$$pV = \nu RT \quad \Rightarrow \quad V \propto \nu $$ где $\nu$ — количество вещества. Так как $\nu$ и $N$ увеличиваются в одинаковой пропорции, объем $V$ также увеличивается в $2$ раза.
Тогда концентрация: $$n = \frac{2N}{2V} = \frac{N}{V} $$ то есть остается неизменной.
Ответ: $3$ (не изменится).
20
В цилиндрическом сосуде под поршнем находится газ. Поршень не закреплен и может перемещаться в сосуде без трения. На дне сосуда лежит стальной шарик. Газ нагревают. Как изменятся в результате этого давление газа и действующая на шарик сила Архимеда? Атмосферное давление неизменно.
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
$1)$ увеличилась
$2)$ уменьшилась
$3)$ не изменилась
| Давление газа | Сила Архимеда |
Давление газа.
Поскольку поршень не закреплен и перемещается без трения, давление газа внутри сосуда определяется внешними условиями: атмосферным давлением и весом поршня. Формально:
$$ p = p_{\text{атм}} + \frac{mg}{A} $$ где $m$ — масса поршня, $g$ — ускорение свободного падения, $A$ — площадь поршня.
Так как атмосферное давление и масса поршня не изменяются, давление газа остается постоянным.
Ответ: $3$ (не изменится).
Сила Архимеда.
Сила Архимеда, действующая на шарик, определяется формулой: $$ F_A = \rho_{\text{газа}} \cdot V_{\text{шарика}} \cdot g $$ где $\rho_{\text{газа}}$ — плотность газа, $V_{\text{шарика}}$ — объем шарика.
При нагревании газа его объем увеличивается (изобарный процесс), а масса газа остается неизменной. Следовательно, плотность газа уменьшается:
$$ \rho_{\text{газа}} = \frac{m_{\text{газа}}}{V} \quad \Rightarrow \quad \rho_{\text{газа}} \downarrow \text{ при } V \uparrow $$ Так как $F_A$ прямо пропорциональна плотности газа, сила Архимеда уменьшается.
Ответ: $2$ (уменьшится).
20
Идеальный одноатомный газ переходит из состояния $1$ в состояние $2.$ Масса газа остается постоянной.
Определите, как изменяются:
$1.$ Давление газа $p$
$2.$ Внутренняя энергия газа $U$
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
$1)$ увеличилась
$2)$ уменьшилась
$3)$ не изменилась
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
| Давление газа | Внутренняя энергия газа |
Анализ графика.
По условию зависимость $V(T)$ линейна и проходит через начало координат $→$ $V \propto T.$
Из уравнения состояния: $$p = \frac{\nu RT}{V} = \frac{\nu RT}{kT} = const$$ где $k$ — коэффициент пропорциональности.
Вывод: Давление газа не изменяется.
Ответ: $3.$
Определение внутренней энергии.
Для одноатомного газа: $$U = \frac{3}{2}\nu RT$$По графику температура уменьшается.
Вывод: Внутренняя энергия уменьшается.
Ответ: $2.$
20
На рисунке представлен график зависимости подведенного к телу массой $m$ тепла от его температуры. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно определить. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
$А)$ Удельная теплота плавления
$Б)$ Удельная теплоемкость газа
ФОРМУЛЫ
$1)$ $\dfrac{\Delta Q_2}{m}$
$2)$ $\dfrac{\Delta Q_4}{m}$
$3)$ $\dfrac{\Delta Q_5}{m(T_3- T_2)}$
$4)$ $\dfrac{\Delta Q_1}{m(T_1- T_0)}$
| $А$ | $Б$ |
Удельная теплота плавления.
Плавление тела происходит при постоянной температуре (горизонтальный участок графика). Согласно условию, это второй участок, где подводится количество теплоты $\Delta Q_2 .$ Удельная теплота плавления определяется по формуле:
$$ \lambda = \frac{\Delta Q_2}{m} $$ Ответ для $А{:}\ 1. $
Удельная теплоемкость газа.
Нагрев газа происходит на последнем участке графика, где температура изменяется от $T_2$ до $T_3 ,$ а подводимое количество теплоты равно $\Delta Q_5 . $ Удельная теплоемкость газа вычисляется по формуле:
$$ c = \frac{\Delta Q_5}{m(T_3- T_2)} $$ Ответ для $Б{:}\ 3. $
20
На рисунке изображена диаграмма четырех последовательных изменений состояния $2$ моль идеального газа. Какие процессы связаны с наименьшими положительными значениями работы газа и работы внешних сил? Установите соответствие между такими процессами и номерами процессов на диаграмме.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
$А)$ Работа газа положительна и минимальна
$Б)$ Работа внешних сил положительна и минимальна
| $А$ | $Б$ |
Работа газа.
Работа газа положительна, когда его объем увеличивается. На диаграмме это соответствует участкам $3$ и $4. $
Работа газа численно равна площади под графиком в координатах $p-V .$ Поскольку на участке $3$ площадь меньше, чем на участке $4,$ работа газа минимальна на участке $3. $
Ответ для $А{:}\ 3. $
Работа внешних сил.
Работа внешних сил положительна, когда объем газа уменьшается, что соответствует участкам $1$ и $2.$
Работа внешних сил также определяется площадью под графиком, но для сжатия. На участке $1$ площадь меньше, чем на участке $2, $ следовательно, работа внешних сил минимальна на участке $1. $
Ответ для $Б{:}\ 1. $
20
На рисунках $A$ и $B$ приведены графики двух процессов: $1-2$ и $3-4,$ в каждом из которых участвует $1$ моль гелия. Графики построены в координатах $T-P$ и $T-V ,$ где $V$ — объем, $T$ — абсолютная температура газа, $P$ — давление газа. Установите соответствие между графиками и утверждениями, характеризующими изображенные на графиках процессы.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ГРАФИКИ
$А)$
$Б)$
УТВЕРЖДЕНИЯ
$1.$ Газ получает положительное количество теплоты и совершает положительную работу.
$2.$ Газ получает положительное количество теплоты, при этом его внутренняя энергия увеличивается.
$3.$ Над газом совершается положительная работа, при этом газ отдает положительное количество теплоты.
$4.$ Над газом совершается положительная работа, при этом его внутренняя энергия увеличивается.
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
| $А$ | $Б$ |
Анализ графика $А.$
Работа газа $A = 0$ (объем не меняется).
Изменение внутренней энергии $\Delta U > 0$ (температура растет).
По первому закону термодинамики: $Q = \Delta U + A = \Delta U > 0 . $
Соответствие: $2$ (газ получает тепло, внутренняя энергия растет).
Анализ графика $Б.$
$\Delta U = 0$ (температура постоянна).
Газ совершает работу $A > 0$ (объем увеличивается).
По первому закону термодинамики: $Q = A > 0 . $
Соответствие: $1$ (газ получает тепло и совершает работу).
20
На рисунках приведены графики двух процессов: $1-2$ и $ 3-4,$ в каждом из которых участвует $1$ моль гелия. Установите соответствие между графиками и утверждениями, характеризующими изображенные на графиках процессы.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ГРАФИКИ
$А)$
$Б)$
УТВЕРЖДЕНИЯ
$1.$ Внутренняя энергия газа уменьшается, газ отдает тепло.
$2.$ Газ совершает положительную работу, при этом газ отдает теплоту.
$3.$ Газ получает теплоту, но не совершает работы.
$4.$ Газ получает теплоту и совершает положительную работу.
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
| $А$ | $Б$ |
Анализ графика $А.$
Работа газа $A < 0$ (объем уменьшается).
Внутренняя энергия $\Delta U < 0$ (температура падает).
По первому закону термодинамики: $Q = \Delta U + A < 0$ (газ отдает тепло).
Соответствие: $1$ (внутренняя энергия уменьшается, газ отдает тепло).
Анализ графика $Б.$
Работа газа $A > 0$ (объем увеличивается).
Внутренняя энергия $\Delta U > 0$ (температура растет).
По первому закону термодинамики: $Q = \Delta U + A > 0$ (газ получает тепло).
Соответствие: $4$ (газ получает теплоту и совершает работу).
20