题目
一气体符合p=RT/(V-b)的状态方程,从V1等温可逆膨胀至V2,则系统的ΔS为A. RTln[(V2-b)/(V1-b)]B. 0C. Rln[(V2-b)/(V1-b)]D. Rln(V2/V1)
一气体符合p=RT/(V-b)的状态方程,从V1等温可逆膨胀至V2,则系统的ΔS为
A. RTln[(V2-b)/(V1-b)]
B. 0
C. Rln[(V2-b)/(V1-b)]
D. Rln(V2/V1)
题目解答
答案
C. Rln[(V2-b)/(V1-b)]
解析
考查要点:本题主要考查非理想气体等温可逆过程的熵变计算,需要结合给定的状态方程推导熵变表达式。
解题核心思路:
- 明确等温过程的熵变公式:对于可逆过程,熵变 $\Delta S = \int \frac{dQ_{\text{rev}}}{T}$。
- 关联热量与功:在等温过程中,若内能仅是温度的函数(类似于理想气体),则 $\Delta U = 0$,此时 $Q = W = \int p \, dV$。
- 代入状态方程:将题目给出的状态方程 $p = \frac{RT}{V - b}$ 代入积分式,计算 $\Delta S$。
破题关键点:
- 正确选择积分变量:通过状态方程将 $p$ 表示为 $V$ 的函数,积分变量为体积 $V$。
- 处理积分形式:积分 $\int \frac{1}{V - b} \, dV$ 的结果为自然对数形式。
步骤1:写出等温可逆过程的熵变公式
在等温可逆过程中,熵变为:
$\Delta S = \frac{Q_{\text{rev}}}{T} = \frac{1}{T} \int_{V_1}^{V_2} p \, dV$
步骤2:代入状态方程
题目给出状态方程 $p = \frac{RT}{V - b}$,代入积分式:
$\Delta S = \frac{1}{T} \int_{V_1}^{V_2} \frac{RT}{V - b} \, dV = R \int_{V_1}^{V_2} \frac{1}{V - b} \, dV$
步骤3:计算积分
积分 $\int \frac{1}{V - b} \, dV$ 的结果为 $\ln|V - b|$,因此:
$\Delta S = R \left[ \ln(V_2 - b) - \ln(V_1 - b) \right] = R \ln \frac{V_2 - b}{V_1 - b}$
结论:系统熵变为 $R \ln \frac{V_2 - b}{V_1 - b}$,对应选项 C。