Первое начало термодинамики в четырёх процессах

Первое начало термодинамики — это одно уравнение: подведённая теплота идёт на изменение внутренней энергии и на работу газа против внешних сил. Вся техника состоит в том, что в каждом изопроцессе одно из трёх слагаемых обращается в нуль.

• Изохорный (V = const): газ не совершает работы, вся теплота идёт во внутреннюю энергию, температура растёт.
• Изобарный (p = const): работа равна давлению, умноженному на изменение объёма, — самый простой случай для подсчёта работы.
• Изотермический (T = const): внутренняя энергия идеального газа не меняется, вся теплота уходит в работу.
• Адиабатный (теплообмена нет): работа совершается только за счёт внутренней энергии, поэтому при расширении газ охлаждается.

Отсюда же следует, почему теплоёмкость при постоянном давлении больше теплоёмкости при постоянном объёме: в изобарном процессе часть теплоты тратится на работу, и на нагрев её остаётся меньше.

Про знаки. Работа считается положительной, когда её совершает газ, а теплота — когда она подводится к газу. Половина ошибок в этом разделе — не физические, а знаковые: выпишите соглашение о знаках в начале решения и не отступайте от него.

На pV-диаграмме работа равна площади под графиком процесса. Это позволяет сравнивать работу в разных процессах, вообще ничего не вычисляя, — приём, который экономит много времени в задачах на циклы.