题目
8.15 1mol双原子刚性分子理想气体,从状态沿p - V图(见图8-30)所示直线变到状态,则(1)气体内能增量 _______;(2)气体对外所做的功 __________;(3)气体吸收的热量 _________。
8.15 1mol双原子刚性分子理想气体,从状态
沿p - V图(见图8-30)所示直线变到状态
,则(1)气体内能增量
_______;
(2)气体对外所做的功
__________;(3)气体吸收的热量
_________。

题目解答
答案
【解答】
(1)此理想气体从状态a到状态b的过程中,根据,
,得
气体内能的增加量
(2)气体对外所做的功 

(3)气体吸收的热量


答:本题答案是
(1)
(2)
(3)
解析
步骤 1:计算气体内能增量
根据理想气体的内能公式,对于双原子刚性分子理想气体,内能$E$与温度$T$的关系为$E=\frac{5}{2}nRT$,其中$n$为摩尔数,$R$为理想气体常数。因此,气体内能增量$\Delta E$为:
$$\Delta E = \frac{5}{2}nR(T_2 - T_1)$$
由于理想气体状态方程$PV=nRT$,可以将温度$T$用压强$P$和体积$V$表示,即$T=\frac{PV}{nR}$。因此,气体内能增量可以表示为:
$$\Delta E = \frac{5}{2}(P_2V_2 - P_1V_1)$$
步骤 2:计算气体对外所做的功
气体对外所做的功$W$可以通过计算过程中的面积来得到。由于过程是沿着$p-V$图上的直线进行的,因此可以将过程分为两部分:一部分是等压过程,另一部分是等容过程。等压过程的功为$W_1 = P_1(V_2 - V_1)$,等容过程的功为$W_2 = \frac{1}{2}(P_2 - P_1)(V_2 - V_1)$。因此,总功为:
$$W = W_1 + W_2 = P_1(V_2 - V_1) + \frac{1}{2}(P_2 - P_1)(V_2 - V_1)$$
$$W = \frac{1}{2}(P_1 + P_2)(V_2 - V_1)$$
步骤 3:计算气体吸收的热量
根据热力学第一定律,气体吸收的热量$Q$等于气体内能增量$\Delta E$加上气体对外所做的功$W$,即$Q = \Delta E + W$。将步骤1和步骤2的结果代入,得到:
$$Q = \frac{5}{2}(P_2V_2 - P_1V_1) + \frac{1}{2}(P_1 + P_2)(V_2 - V_1)$$
$$Q = 3(P_2V_2 - P_1V_1) + \frac{1}{2}(P_1V_2 - P_2V_1)$$
根据理想气体的内能公式,对于双原子刚性分子理想气体,内能$E$与温度$T$的关系为$E=\frac{5}{2}nRT$,其中$n$为摩尔数,$R$为理想气体常数。因此,气体内能增量$\Delta E$为:
$$\Delta E = \frac{5}{2}nR(T_2 - T_1)$$
由于理想气体状态方程$PV=nRT$,可以将温度$T$用压强$P$和体积$V$表示,即$T=\frac{PV}{nR}$。因此,气体内能增量可以表示为:
$$\Delta E = \frac{5}{2}(P_2V_2 - P_1V_1)$$
步骤 2:计算气体对外所做的功
气体对外所做的功$W$可以通过计算过程中的面积来得到。由于过程是沿着$p-V$图上的直线进行的,因此可以将过程分为两部分:一部分是等压过程,另一部分是等容过程。等压过程的功为$W_1 = P_1(V_2 - V_1)$,等容过程的功为$W_2 = \frac{1}{2}(P_2 - P_1)(V_2 - V_1)$。因此,总功为:
$$W = W_1 + W_2 = P_1(V_2 - V_1) + \frac{1}{2}(P_2 - P_1)(V_2 - V_1)$$
$$W = \frac{1}{2}(P_1 + P_2)(V_2 - V_1)$$
步骤 3:计算气体吸收的热量
根据热力学第一定律,气体吸收的热量$Q$等于气体内能增量$\Delta E$加上气体对外所做的功$W$,即$Q = \Delta E + W$。将步骤1和步骤2的结果代入,得到:
$$Q = \frac{5}{2}(P_2V_2 - P_1V_1) + \frac{1}{2}(P_1 + P_2)(V_2 - V_1)$$
$$Q = 3(P_2V_2 - P_1V_1) + \frac{1}{2}(P_1V_2 - P_2V_1)$$