Một mol khí helium (xem là khí lí tưởng) chứa trong xi lanh nằm ngang có pít tông di chuyển không ma sát. Khối khí thực hiện chu trình biến đổi trạng thái từ (1) – (2) – (3) – (4) – (5) – (1)

	Nội dung	Đúng	Sai
a	Nhiệt độ của khối khí helium ở trạng thái (1) xấp xỉ bằng 301 K.	Đ
b	Từ trạng thái (2) sang trạng thái (3), khối khí thực hiện quá trình đẳng tích với nhiệt độ tuyệt đối tăng 3 lần.		S
c	Từ trạng thái (3) sang trạng thái (4), nhiệt độ tuyệt đối cực đại mà khối khí có thể đạt được xấp xỉ bằng 602 K.	Đ
d	Trong quá trình biến đổi trạng thái từ (4) – (5) – (1), nhiệt lượng khối khí helium tỏa ra môi trường là 2 500 J.	Đ

a) ĐÚNG
Nhiệt độ của khối khí ở trạng thái (1) là:
$p_1V_1=nRT_1 \Leftrightarrow T_1=\dfrac{p_1V_1}{nR}=\dfrac{0{,}5\cdot10^{6}\cdot5\cdot10^{-3}}{1\cdot8{,}31}\approx301\ \text{K}.$

b) SAI
Từ trạng thái (2) sang trạng thái (3), khối khí thực hiện quá trình đẳng tích nên nhiệt độ tuyệt đối tỉ lệ thuận với áp suất của khối khí. Từ đồ thị ta thấy áp suất của khối khí helium giảm 3 lần nên nhiệt độ tuyệt đối cũng giảm 3 lần.

c) ĐÚNG
Từ trạng thái (3) sang trạng thái (4), đồ thị biểu diễn sự biến thiên áp suất theo thể tích có dạng:
$p_x=aV_x+b.$
Tại trạng thái (3): $0{,}5p_a=a\cdot1{,}5V+b \Leftrightarrow 1{,}5\cdot5\cdot10^{-3}\,a+b=0{,}5\cdot10^{6}\quad(1)$
Tại trạng thái (4): $p_a=aV+b \Leftrightarrow 5\cdot10^{-3}\,a+b=10^{6}\quad(2)$
Từ (1) và (2) suy ra: $p_x=-2\cdot10^{8}\,V_x+2\cdot10^{6}.$

Mà $p_xV_x=nRT_x \Rightarrow T_x=\dfrac{p_xV_x}{nR}
=\dfrac{-2\cdot10^{8}}{8{,}31}V_x^{2}+\dfrac{2\cdot10^{6}}{8{,}31}V_x.$

Suy ra: $T_x'=\dfrac{-4\cdot10^{8}}{8{,}31}V_x+\dfrac{2\cdot10^{6}}{8{,}31}=0
\Rightarrow V_x=5\cdot10^{-3}\ \text{m}^3.$

Vậy từ trạng thái (3) sang (4), nhiệt độ tuyệt đối cực đại:
$T_{\max}=\dfrac{-2\cdot10^{8}}{8{,}31}(5\cdot10^{-3})^{2}
+\dfrac{2\cdot10^{6}}{8{,}31}(5\cdot10^{-3})\approx602\ \text{K}.$

d) ĐÚNG
Trong quá trình (4) – (5) – (1):

Công của khối khí:
$A_{451}=A_{45}+A_{51}
=-p_4\,(V_5-V_4)+\dfrac{1}{2}(p_5+p_1)(V_5-V_1)$
$\Rightarrow A_{451}=-p(2V-V)+\dfrac{1}{2}(p+0{,}5p)(2V-V)=-\dfrac{1}{4}pV.$

Độ biến thiên nội năng:
$\Delta U_{451}=U_1-U_4=\dfrac{3}{2}nRT_1-\dfrac{3}{2}nRT_4
=\dfrac{3}{2}(p_1V_1-p_4V_4)=\dfrac{3}{2}(0{,}5pV-pV)=-\dfrac{3}{4}pV.$

Theo nguyên lí I nhiệt động lực học:
$\Delta U_{451}=A_{451}+Q_{451}
\Rightarrow Q_{451}=\Delta U_{451}-A_{451}
=-\dfrac{1}{2}pV=-1\cdot10^{6}\cdot5\cdot10^{-3}=-2500\ \text{J}.$

Vậy trong quá trình (4) – (5) – (1), nhiệt lượng khối khí helium tỏa ra môi trường là $2\,500\ \text{J}$.