РУҚА
Задания № 9, 10 · ЕГЭ

p-V-, V-T- и p-T-диаграммы

Как строить, распознавать и читать графики тепловых процессов в координатах p–V, V–T и p–T
6 мин чтенияСложность: Обновлено 27 сентября 2026

Диаграмма состояния показывает, как связаны параметры газа в процессе: давление \(p\), объём \(V\) и абсолютная температура \(T\). На этой странице разобраны три главных вида графиков — \(p(V)\), \(V(T)\) и \(p(T)\); они помогают определить вид процесса, сравнить состояния и найти неизвестный параметр.

Основные понятия и уравнение состояния

Состояние данной массы идеального газа задаётся тремя величинами: давлением \(p\), объёмом \(V\) и абсолютной температурой \(T\). При переходе из состояния 1 в состояние 2 хотя бы одна из них изменяется. График процесса строят в координатах двух параметров, а третий параметр либо меняется по закону, либо остаётся постоянным.

D
Диаграмма состояния

Диаграмма состояния — графическое изображение зависимости между параметрами газа. Точка на диаграмме соответствует одному состоянию газа, а линия или стрелка между точками — процессу перехода из одного состояния в другое.

\(p\)
давление
Па
\(V\)
объём
м³
\(T\)
абсолютная температура
К
\(m\)
масса газа
кг

Для постоянной массы идеального газа используется уравнение Менделеева—Клапейрона:

\[pV=\nu RT\]

Здесь \(\nu\) — количество вещества, \(R\) — универсальная газовая постоянная. Если масса газа постоянна, то \(\nu\) постоянно, поэтому для двух состояний справедливо объединённое уравнение состояния:

\[\frac{p_1V_1}{T_1}=\frac{p_2V_2}{T_2}\]
T
Как читать точку

Координаты точки на диаграмме дают значения двух параметров, указанных на осях. Третий параметр находят из уравнения состояния. Температуру в газовых законах подставляют только в кельвинах: \(T=t+273\).

p–V-диаграмма

На \(p\)–\(V\)-диаграмме по горизонтали откладывают объём \(V\), а по вертикали — давление \(p\). Каждая точка показывает состояние газа. Направление процесса обозначают стрелкой: движение вправо означает увеличение объёма, вверх — увеличение давления.

0.511.522.533.544.550.20.40.60.811.21.41.61.8V, м³p, ПаpV = const
Изотерма на p–V-диаграмме: при постоянной температуре произведение pV постоянно.

При постоянной температуре \(pV=\text{const}\), поэтому изотерма имеет вид гиперболы. При постоянном давлении график — горизонтальный отрезок: это изобарический процесс. При постоянном объёме график — вертикальный отрезок: это изохорический процесс.

T
Важное правило для p–V

На p–V-диаграмме изотермы — гиперболы. Чем выше расположена изотерма, тем больше значение \(pV\), а значит, при одинаковом количестве газа выше температура. Площадь под графиком процесса численно равна работе газа, если давление выражено в паскалях, а объём — в кубометрах.

Если газ расширяется, \(V_2>V_1\), то работа газа положительна. При сжатии \(V_2<V_1\) работа газа отрицательна. Подробное вычисление площади рассматривается на странице работа газа на p–V-диаграмме.

V–T-диаграмма

На \(V\)–\(T\)-диаграмме по горизонтали откладывают абсолютную температуру \(T\), а по вертикали — объём \(V\). Так как ось температуры начинается с абсолютного нуля, законы для идеального газа получают особенно простой вид.

При постоянном давлении выполняется закон Шарля: \(V/T=\text{const}\). Поэтому изобарический процесс изображается прямой, проходящей через начало координат, если продолжить её до \(T=0\). Чем больше наклон такой прямой, тем меньше давление газа при одинаковом количестве вещества.

0.511.522.533.544.5512345678910T, КV, м³0V/T = const
Изобарический процесс на V–T-диаграмме — прямая через начало координат.

При постоянном объёме график на \(V\)–\(T\)-диаграмме — горизонтальный отрезок. При постоянной температуре — вертикальный отрезок. Изотермический процесс подробнее разобран на странице изотермический процесс.

!
Частая ошибка

Нельзя изображать изобарический процесс прямой через начало координат на графике \(V(t)\), если по горизонтали отложена температура в градусах Цельсия. Такая прямая проходит через начало только на графике \(V(T)\) при температуре в кельвинах.

p–T-диаграмма

На \(p\)–\(T\)-диаграмме по горизонтали откладывают температуру \(T\), а по вертикали — давление \(p\). При постоянном объёме выполняется закон Гей-Люссака: \(p/T=\text{const}\). Поэтому изохорический процесс изображают прямой, проходящей через начало координат.

0.511.522.533.544.550.511.522.533.54T, Кp, Па0p/T = const
Изохорический процесс на p–T-диаграмме — прямая через начало координат.

При постоянном давлении на \(p\)–\(T\)-диаграмме получается горизонтальный отрезок, а при постоянной температуре — вертикальный. Таким образом, один и тот же процесс выглядит по-разному в разных координатах: например, изобарический процесс — горизонтальная линия на \(p\)–\(V\) и \(p\)–\(T\), но наклонная прямая на \(V\)–\(T\).

ПроцессПостоянная величинаp–VV–Tp–T
Изотермический\(T\)гиперболавертикальвертикаль
Изобарический\(p\)горизонтальпрямая через началогоризонталь
Изохорический\(V\)вертикальгоризонтальпрямая через начало
Микро-проверка

Как выглядит изохорический процесс на p–T-диаграмме?

Алгоритм чтения диаграммы

  1. Определите, какие величины указаны на осях и в каких единицах.
  2. Найдите начальную и конечную точки, учитывая направление стрелки.
  3. Сравните координаты точек: увеличились или уменьшились \(p\), \(V\) и \(T\).
  4. Определите постоянную величину по горизонтальному, вертикальному или наклонному виду графика.
  5. Запишите объединённое уравнение состояния и подставьте известные значения.
  6. Проверьте ответ: температура должна быть в кельвинах, давление — в паскалях, объём — в кубометрах, если требуется единица СИ.

Разобранный пример

№
Переход газа по V–T-диаграмме

Газ переходит из состояния 1 с температурой \(T_1=300\,\text{К}\) и объёмом \(V_1=2\,\text{л}\) в состояние 2 с температурой \(T_2=450\,\text{К}\). На графике процесс изображён прямой линией через начало координат. Найдите \(V_2\) и сравните давления в состояниях.

1
Прямая через начало на V–T-диаграмме означает постоянное отношение V/T, то есть постоянное давление.
\(\displaystyle \frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}\)
2
Выразим конечный объём.
\(\displaystyle V_2=V_1\frac{T_2}{T_1}\)
3
Подставим значения температуры и объёма.
\(\displaystyle V_2=2\,\text{л}\cdot\frac{450\,\text{К}}{300\,\text{К}}=3\,\text{л}\)
4
Так как процесс изобарический, давление не изменяется.
\(\displaystyle p_2=p_1\)

Ответ: \(V_2=3\,\text{л}\), давление осталось постоянным. Обратите внимание: объём можно оставить в литрах, если требуется только отношение объёмов; для расчёта в СИ нужно перевести литры в кубические метры.

!
Что часто путают

1. Направление вправо не всегда означает нагрев: это зависит от оси и конкретного графика. 2. Наклонная прямая не всегда означает изобарический процесс: сначала проверьте, какие параметры отложены по осям. 3. На p–V-диаграмме нельзя сравнивать температуры только по высоте точки: нужно сравнивать произведения \(pV\).

Приём для экзамена

Запишите над каждой точкой три параметра: \(p\), \(V\), \(T\). Затем отметьте стрелками, что увеличивается и что уменьшается. Даже если график непривычный, объединённое уравнение состояния восстановит недостающую связь.

Связь с другими темами

Диаграммы являются частью общей темы диаграммы состояния газа. Перед решением задач полезно повторить параметры термодинамического процесса и термодинамические процессы. Для циклических процессов графики читают последовательно по стрелкам; затем можно переходить к циклу Карно на диаграмме и работе в циклическом процессе. Практика распознавания графиков собрана на странице задачи на графики тепловых процессов.

Quick-test

Q
Быстрый тест по теме

Проверь себя

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · p–V-диаграмма
Какой график имеет изотерма на p–V-диаграмме?
Главное за минуту

Главное

  • Точка на диаграмме задаёт состояние газа, а стрелка показывает направление процесса.
  • Объединённое уравнение состояния: \(p_1V_1/T_1=p_2V_2/T_2\).
  • На p–V-диаграмме изотерма — гипербола, изобара — горизонталь, изохора — вертикаль.
  • На V–T-диаграмме изобара — прямая через начало координат; изохора — горизонталь; изотерма — вертикаль.
  • На p–T-диаграмме изохора — прямая через начало координат; изобара — горизонталь; изотерма — вертикаль.
  • Всегда проверяйте оси, направление процесса и используйте температуру в кельвинах.