题目
对于理想气体系统来说,在下列过程中,哪个过程系统所吸收的热量、内能的增量和对外作的功三者均为负值?A. 等容降压过程.B. 等温膨胀过程.C. 绝热膨胀过程.D. 等压压缩过程.
对于理想气体系统来说,在下列过程中,哪个过程系统所吸收的热量、内能的增量和对外作的功三者均为负值?
A. 等容降压过程.
B. 等温膨胀过程.
C. 绝热膨胀过程.
D. 等压压缩过程.
题目解答
答案
D. 等压压缩过程.
解析
步骤 1:理解理想气体过程中的热力学关系
理想气体的内能仅与温度有关,即 \(U = \frac{3}{2}nRT\)(对于单原子理想气体),其中 \(n\) 是摩尔数,\(R\) 是理想气体常数,\(T\) 是温度。根据热力学第一定律,\(Q = \Delta U + W\),其中 \(Q\) 是系统吸收的热量,\(\Delta U\) 是内能的增量,\(W\) 是对外做的功。
步骤 2:分析各过程中的热量、内能增量和对外做功
A. 等容降压过程:体积不变,对外做功 \(W = 0\)。由于温度降低,内能减少,\(\Delta U < 0\)。根据热力学第一定律,\(Q = \Delta U + W = \Delta U < 0\),即系统放出热量。
B. 等温膨胀过程:温度不变,内能不变,\(\Delta U = 0\)。体积增加,对外做功 \(W > 0\)。根据热力学第一定律,\(Q = \Delta U + W = W > 0\),即系统吸收热量。
C. 绝热膨胀过程:没有热量交换,\(Q = 0\)。体积增加,对外做功 \(W > 0\)。根据热力学第一定律,\(\Delta U = Q - W = -W < 0\),即内能减少。
D. 等压压缩过程:压力不变,体积减小,对外做功 \(W < 0\)。由于温度降低,内能减少,\(\Delta U < 0\)。根据热力学第一定律,\(Q = \Delta U + W = \Delta U + W < 0\),即系统放出热量。
步骤 3:确定符合题意的过程
根据上述分析,只有等压压缩过程(D)中,系统所吸收的热量、内能的增量和对外作的功三者均为负值。
理想气体的内能仅与温度有关,即 \(U = \frac{3}{2}nRT\)(对于单原子理想气体),其中 \(n\) 是摩尔数,\(R\) 是理想气体常数,\(T\) 是温度。根据热力学第一定律,\(Q = \Delta U + W\),其中 \(Q\) 是系统吸收的热量,\(\Delta U\) 是内能的增量,\(W\) 是对外做的功。
步骤 2:分析各过程中的热量、内能增量和对外做功
A. 等容降压过程:体积不变,对外做功 \(W = 0\)。由于温度降低,内能减少,\(\Delta U < 0\)。根据热力学第一定律,\(Q = \Delta U + W = \Delta U < 0\),即系统放出热量。
B. 等温膨胀过程:温度不变,内能不变,\(\Delta U = 0\)。体积增加,对外做功 \(W > 0\)。根据热力学第一定律,\(Q = \Delta U + W = W > 0\),即系统吸收热量。
C. 绝热膨胀过程:没有热量交换,\(Q = 0\)。体积增加,对外做功 \(W > 0\)。根据热力学第一定律,\(\Delta U = Q - W = -W < 0\),即内能减少。
D. 等压压缩过程:压力不变,体积减小,对外做功 \(W < 0\)。由于温度降低,内能减少,\(\Delta U < 0\)。根据热力学第一定律,\(Q = \Delta U + W = \Delta U + W < 0\),即系统放出热量。
步骤 3:确定符合题意的过程
根据上述分析,只有等压压缩过程(D)中,系统所吸收的热量、内能的增量和对外作的功三者均为负值。