3.а) изобарический
б)изохорический
в)изотермический
г)адиабатический

Рассмотрим подробно каждое из перечисленных процессов: изобарический, изохорический, изотермический и адиабатический.

а) Изобарический процесс

Определение: Изобарическим называется процесс, протекающий при постоянном давлении.

Основные характеристики:

1. Давление $P$ остается неизменным.
2. Объем $V$ и температура $T$ могут изменяться.
3. Согласно уравнению состояния идеального газа ($PV = nRT$), изменение температуры приводит к изменению объема газа.

Пример: Нагревание или охлаждение газа в сосуде с подвижным поршнем. Давление поддерживается постоянным, так как поршень компенсирует изменение объема.

Формула работы: Работа газа в изобарическом процессе определяется как:

где $\Delta V$ — изменение объема.

б) Изохорический процесс

Определение: Изохорическим называется процесс, протекающий при постоянном объеме.

Основные характеристики:

1. Объем $V$ остается постоянным ($\Delta V = 0$).
2. Давление $P$ и температура $T$ могут изменяться.
3. Работа газа в этом процессе равна нулю, так как объем не меняется:

Пример: Нагревание газа в герметично закрытом сосуде, где объем фиксирован.

Тепловая энергия: Поглощенная или выделенная энергия идет только на изменение внутренней энергии газа.

в) Изотермический процесс

Определение: Изотермическим называется процесс, протекающий при постоянной температуре.

Основные характеристики:

1. Температура $T$ остается неизменной.
2. Давление $P$ и объем $V$ меняются таким образом, чтобы их произведение оставалось постоянным:

3. Внутренняя энергия газа не изменяется ($\Delta U = 0$), так как температура постоянна.

Пример: Медленное сжатие или расширение газа в тепловом контакте с окружающей средой, поддерживающей постоянную температуру.

Работа: Работа газа в изотермическом процессе рассчитывается как:

где $V_1$ и $V_2$ — начальный и конечный объемы соответственно.

г) Адиабатический процесс

Определение: Адиабатическим называется процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой ($Q = 0$).

Основные характеристики:

1. Теплообмен отсутствует ($Q = 0$).
2. Давление $P$, объем $V$ и температура $T$ изменяются.
3. Процесс подчиняется уравнению Пуассона:

где $\gamma = \frac{C_p}{C_v}$ — показатель адиабаты (отношение теплоемкостей).

Пример: Быстрое сжатие или расширение газа, когда тепло не успевает передаваться в окружающую среду (например, процесс в цилиндре двигателя внутреннего сгорания).

Работа: Работа газа в адиабатическом процессе определяется как:

где $T_1$ и $T_2$ — начальная и конечная температуры.

Сравнение процессов:

1. Изобарический: $P = \text{const}$, работа есть, объем изменяется.
2. Изохорический: $V = \text{const}$, работа отсутствует, давление и температура меняются.
3. Изотермический: $T = \text{const}$, внутренняя энергия не изменяется, работа газа зависит от изменения объема.
4. Адиабатический: $Q = 0$, работа газа приводит к изменению его внутренней энергии.