一气体符合p=RT/(V-b)的状态方程,则该气体从V_1等温可逆膨胀至V_2,则系统的triangle S为( )A. RT ln (V_2-b)/(V_1-b)B. 0C. R ln (V_2-b)/(V_1-b)D. R ln (V_2)/(V_1)
A. $RT \ln \frac{V_2-b}{V_1-b}$
B. 0
C. $R \ln \frac{V_2-b}{V_1-b}$
D. $R \ln \frac{V_2}{V_1}$
题目解答
答案
解析
本题考查知识点为熵变的计算以及对特定气体状态方程的应用。解题思路是先明确熵变的计算公式,再结合给定的气体状态方程求出熵变表达式。
步骤一:明确熵变计算公式
对于等温可逆过程,系统的熵变$\Delta S$可以通过公式$\Delta S = \int_{1}^{2} \frac{\delta Q_{rev}}{T}$来计算。根据热力学第一定律$\Delta U = \delta Q_{rev} + \delta W_{rev}$,在等温过程中,对于理想气体$\Delta U = 0$,所以$\delta Q_{rev} = - \delta W_{rev}$。而可逆过程的功$\delta W_{rev} = -p dV$,因此$\Delta S = \int_{1}^{2} \frac{p dV}{T}$。
步骤二:代入给定的气体状态方程
已知气体状态方程$p = \frac{RT}{V - b}$,将其代入熵变公式$\Delta S = \int_{1}^{2} \frac{p dV}{T}$中,可得:
$\Delta S = \int_{V_1}^{V_2} \frac{\frac{RT}{V - b} dV}{T}$
步骤三:化简并计算积分
对$\Delta S = \int_{V_1}^{V_2} \frac{\frac{RT}{V - b} dV}{T}$进行化简,$T$可以约掉,得到$\Delta S = \int_{V_1}^{V_2} \frac{dV}{V - b}$。
根据积分公式$\int \frac{1}{x}dx = \ln x + C$,对$\int_{V_1}^{V_2} \frac{dV}{V - b}$进行计算:
$\Delta S = \left[\ln (V - b)\right]_{V_1}^{V_2} = \ln (V_2 - b) - \ln (V_1 - b)$
再根据对数运算法则$\ln a - \ln b = \ln \frac{a}{b}$,可得$\Delta S = R \ln \frac{V_2 - b}{V_1 - b}$。