Согласно первому закону термодинамики При изобарном расширении газ совершает работу, потому что объем газа увеличивается. Но и внутренняя энергия газа тоже увеличивается, так как при изобарном расширении газ нагревается (см. § 26. Газовые процессы), а внутренняя энергия идеального газа пропорциональна его абсолютной температуре. Таким образом, при изобарном расширении только часть подведенного к газу количества теплоты переходит в работу. Наша задача — определить, какая именно часть.
Найдем соотношение между совершенной газом работой и изменением внутренней энергии газа
при изобарном процессе. Мы уже знаем, что в данном случае
где
— давление газа,
— изменение его объема. Внутренняя энергия газа
поэтому при изобарном процессе, когда давление остается постоянным,
Сравнивая это выражение с формулой для работы, получаем, что
Таким образом, в данном случае первый закон термодинамики принимает вид
Представляя это соотношение в виде
мы видим, что при изобарном расширении только 2/5 подведенной к газу энергии расходуется на совершение работы. Подставляя численные данные, получаем, что в данном случае