На Pn-диаграмме показано, как изменялись давление и концентрация некоторого постоянного количества разреженного газа при его переходе из начального состояния 1 в состояние 4. Как изменялись объём газа и температура на каждом из трёх участков 1-2, 2-3, 3-4: увеличивалось, уменьшалось или же оставалось неизменным? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

Решение:
Вспомним, что концентрация связана с объёмом обратно пропорциональной зависимостью: где — число молекул (в данной задаче постоянно).
Проанализируем каждый этап процесса по отдельности.
1) Этап 1–2. На этом участке давление газа остаётся постоянным (), то есть процесс изобарный. Из графика видно, что концентрация уменьшается. Поскольку обратно пропорциональна , уменьшение концентрации означает увеличение объёма. Согласно уравнению Менделеева–Клапейрона (), при постоянном давлении и растущем объёме температура также должна возрастать.
2) Этап 2–3. Поскольку график на этом участке представляет собой прямую линию, выходящую из начала координат, давление прямо пропорционально концентрации (). Из основного уравнения МКТ () следует, что это возможно только при неизменной температуре (), то есть процесс изотермический. Концентрация при этом возрастает, а значит, объём газа уменьшается.
3) Этап 3–4. Здесь концентрация остаётся неизменной (), что означает постоянство объёма (, изохорный процесс). Давление на графике увеличивается, следовательно, из уравнения Клапейрона–Менделеева () получаем, что температура также растёт.