Как изменяется внутренняя энергия идеального газа при изотермическом расширении? а) увеличивается б) уменьшается в) не изменяется г) ответ не однозначен

Правильный вариант: в) не изменяется. Объяснение Внутренняя энергия идеального газа зависит исключительно от его термодинамической температуры. Согласно закону Джоуля, для данной массы газа она определяется формулой: $U=\frac{i}{2}\cdot \frac{m}{M}\cdot R\cdot T$ где:

• T — абсолютная температура;
• i — число степеней свободы молекул;
• R — универсальная газовая постоянная.

При изотермическом процессе температура остается постоянной ( $T=const$). Следовательно, изменение температуры $\Delta T=0$, что ведет к нулевому изменению внутренней энергии ( $\Delta U=0$). Почему другие варианты неверны

• а) увеличивается и б) уменьшается: Эти варианты неверны, так как внутренняя энергия идеального газа не зависит от его объема или давления напрямую, а только от температуры. Поскольку при изотермическом расширении температура не растет и не падает, энергия остается стабильной.
• г) ответ не однозначен: Ответ строго определен физическими законами для модели идеального газа. Неоднозначность могла бы возникнуть только при рассмотрении реального газа, где внутренняя энергия зависит не только от температуры, но и от объема (из-за потенциальной энергии взаимодействия молекул).

В контексте изотермического расширения идеального газа вся подводимая к нему теплота полностью расходуется на совершение газом работы против внешних сил. Хотите ли вы рассмотреть, как изменится ответ, если газ в задаче будет реальным, а не идеальным?