РУҚА
Задания № 14, 20 · ОГЭ

Задачи на графики тепловых процессов

Как по графикам определять вид процесса, изменение величин и количество теплоты
6 мин чтенияСложность: Обновлено 27 сентября 2026

График теплового процесса показывает, как изменяются температура \(T\), давление \(p\) и объём \(V\) газа. Чтобы решить задачу, сначала определите, какие величины отложены по осям, затем сравните их значения в начальном и конечном состояниях и установите, какая величина постоянна.

Что называют тепловым процессом

Тепловой процесс — это изменение состояния тела или системы тел. Состояние газа задают макроскопические величины: давление \(p\), объём \(V\) и абсолютная температура \(T\). На практике на графике обычно изображают зависимость одной из них от другой или зависимость величины от времени \(t\).

D
Определение

Термодинамический процесс — переход системы из одного состояния в другое с изменением хотя бы одной из величин \(p\), \(V\) и \(T\). Точки на графике соответствуют состояниям системы, а участок кривой — последовательности состояний.

\(p\)
давление
Па
\(V\)
объём
м³
\(T\)
абсолютная температура
К
\(t\)
время
с

Для постоянной массы идеального газа используют уравнение состояния. Оно связывает три основные параметры и помогает восстановить неизвестную величину по графику.

\[\frac{pV}{T}=\text{const}\]

Если температура задана в градусах Цельсия, сначала переведите её в кельвины: \(T=t+273\). В школьных задачах часто достаточно сравнить температуры: чем выше столбец или точка на оси \(T\), тем выше абсолютная температура.

Основные процессы и их графики

Название процесса определяется постоянной величиной. При чтении графика ищите горизонтальный участок на диаграмме, где эта величина изображена по вертикальной оси, или используйте подписи осей.

ПроцессПостоянная величинаСвязь между параметрамиЧто происходит
Изохорный\(V=\text{const}\)\(\frac{p}{T}=\text{const}\)При нагревании давление растёт
Изобарный\(p=\text{const}\)\(\frac{V}{T}=\text{const}\)При нагревании объём растёт
Изотермический\(T=\text{const}\)\(pV=\text{const}\)При увеличении объёма давление уменьшается
\[pV=\nu RT\]

Здесь \(\nu\) — количество вещества, \(R\) — универсальная газовая постоянная. Для постоянной массы газа \(\nu R\) неизменно, поэтому можно сравнивать состояния без вычисления количества вещества.

11.522.533.544.555.560.10.20.30.40.50.60.70.80.9V, м³p, ПаpV = const
Изотермический процесс на \(p\)–\(V\) диаграмме: при увеличении объёма давление уменьшается.
T
Правило чтения графика

На \(p\)–\(V\) диаграмме вертикальный участок означает \(V=\text{const}\), горизонтальный — \(p=\text{const}\). На \(V\)–\(T\) диаграмме горизонтальный участок означает \(V=\text{const}\), а вертикальный — \(T=\text{const}\). Всегда учитывайте, какие величины указаны на осях.

Подробные способы распознавания процессов на разных диаграммах разобраны на странице p–V-, V–T- и p–T-диаграммы. Перед этой темой полезно повторить график нагревания и охлаждения: там особенно важно различать изменение температуры и фазовый переход.

Как читать график зависимости от времени

На графике \(T(t)\) горизонтальный участок означает постоянную температуру, то есть изотермический процесс. Если линия поднимается, температура увеличивается; если опускается — уменьшается. Однако по одному графику температуры нельзя определить, как изменяются давление и объём: для этого нужна дополнительная информация, например условие \(V=\text{const}\).

На графике \(p(t)\) горизонтальный участок означает постоянное давление, а на графике \(V(t)\) — постоянный объём. Наклон линии показывает скорость изменения величины, но не обязательно скорость передачи теплоты. Крутой участок означает быстрое изменение по времени, а не большее конечное значение.

Микропроверка

На графике \(V(t)\) изображён горизонтальный участок. Какой процесс происходит на этом участке?

Пошаговое решение задачи по графику

№
Пример

Газ находится в сосуде с неподвижным поршнем. По графику видно, что его температура увеличилась от \(300\) К до \(600\) К. Во сколько раз изменилось давление газа?

1
Неподвижный поршень означает, что объём сосуда не меняется.
\(\displaystyle V=\text{const}\)
2
При постоянном объёме для данной массы газа отношение давления к абсолютной температуре постоянно.
\(\displaystyle \frac{p_1}{T_1}=\frac{p_2}{T_2}\)
3
Подставим температуры из условия.
\(\displaystyle \frac{p_2}{p_1}=\frac{T_2}{T_1}=\frac{600}{300}=2\)
4
Получаем ответ.
\(\displaystyle p_2=2p_1\)

Давление увеличилось в 2 раза. Важно не перепутать разность и отношение: здесь спрашивают, во сколько раз, поэтому нужно найти \(p_2/p_1\), а не \(p_2-p_1\).

Рассмотрим другой тип задания. На \(p\)–\(V\) диаграмме газ переходит из точки 1 в точку 2 по горизонтальному отрезку вправо. Горизонтальность означает \(p=\text{const}\), движение вправо — увеличение объёма. Из уравнения состояния следует, что при постоянном давлении температура также увеличивается.

\[\frac{T_2}{T_1}=\frac{V_2}{V_1}\quad (p=\text{const})\]

Работа газа и количество теплоты

Некоторые задания требуют определить знак работы или понять, нагревается ли газ. Работа газа зависит от изменения объёма: при расширении газ совершает положительную работу, при сжатии работа газа отрицательна, а при постоянном объёме работа равна нулю.

\[A=p\Delta V=p(V_2-V_1)\quad (p=\text{const})\]

Площадь под графиком на \(p\)–\(V\) диаграмме численно равна работе газа. Для произвольного процесса работа определяется площадью под кривой между \(V_1\) и \(V_2\). На вертикальном участке \(\Delta V=0\), поэтому \(A=0\).

Первый закон термодинамики связывает количество теплоты \(Q\), работу газа \(A\) и изменение внутренней энергии \(\Delta U\).

\[Q=\Delta U+A\]
Приём для знаков

Если газ расширяется, \(A>0\). Если газ сжимается, \(A<0\). Для идеального газа внутренняя энергия зависит только от температуры: при нагревании \(\Delta U>0\), при охлаждении \(\Delta U<0\). Если объём постоянен, \(A=0\) и \(Q=\Delta U\).

Типичные ошибки

!
Частые ошибки

1. Сравнивать температуры в градусах Цельсия в формулах отношений. Нужно использовать кельвины. 2. Определять процесс только по наклону линии, не читая подписи осей. 3. Путать график зависимости от времени с диаграммой состояния. 4. Считать, что любое уменьшение давления означает охлаждение: температура может зависеть и от объёма. 5. Путать работу газа с площадью под графиком \(p(t)\) — работа связана именно с площадью на \(p\)–\(V\) диаграмме.

Если процесс изображён на сложной ломаной линии, разбейте его на участки. Для каждого участка отдельно определите постоянную величину, направление изменения и знак работы. Такой подход связан с общей классификацией термодинамических процессов и подробным разбором чтения графика теплового процесса.

Алгоритм решения

  1. Прочитайте названия и единицы величин на осях.
  2. Определите начальное и конечное состояния: \(p_1\), \(V_1\), \(T_1\) и \(p_2\), \(V_2\), \(T_2\).
  3. Найдите постоянную величину или установите, как изменяется каждая величина.
  4. Выберите закон процесса: \(pV=\text{const}\), \(p/T=\text{const}\) или \(V/T=\text{const}\).
  5. Переведите температуру в кельвины и подставьте данные в формулу.
  6. Проверьте физический смысл ответа: например, при постоянном объёме рост температуры должен сопровождаться ростом давления.
Q
Быстрый тест по теме

Быстрая проверка

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · Определение процесса
Какой процесс изображает горизонтальный участок на графике \(p(t)\)?
Главное за минуту

Главное

  • Тепловой процесс описывается изменением \(p\), \(V\) и \(T\); для идеального газа \(pV/T=\text{const}\).
  • Изохорный процесс: \(V=\text{const}\) и \(p/T=\text{const}\); изобарный: \(p=\text{const}\) и \(V/T=\text{const}\); изотермический: \(T=\text{const}\) и \(pV=\text{const}\).
  • Сначала читайте оси, затем сравнивайте начальное и конечное состояния.
  • Работа газа связана с изменением объёма и площадью под графиком на \(p\)–\(V\) диаграмме.
  • В формулах отношений температуру выражают в кельвинах, а знак работы определяют по расширению или сжатию газа.