题目
一个绝热气缸带有一理想绝热活塞(无摩擦无重量),内有理想气体,缸内壁绕有电阻丝,通电时气体在恒外压下膨胀。以气体和电阻丝为系统则有A. Q=0,ΔH=0B. Q≠0,ΔH=0C. Q=0,ΔH≠0D. Q≠0,ΔH≠0
一个绝热气缸带有一理想绝热活塞(无摩擦无重量),内有理想气体,缸内壁绕有电阻丝,通电时气体在恒外压下膨胀。以气体和电阻丝为系统则有
A. Q=0,ΔH=0
B. Q≠0,ΔH=0
C. Q=0,ΔH≠0
D. Q≠0,ΔH≠0
题目解答
答案
C. Q=0,ΔH≠0
解析
考查要点:本题主要考查热力学第一定律和焓变的概念,重点在于区分热传递(Q)与做功(W)对系统内能的影响,以及绝热系统中能量变化的特点。
解题核心思路:
- 系统定义:明确题目中的系统包含气体和电阻丝,电阻丝通电产生的热量属于系统内部的能量转换。
- 绝热条件:气缸为绝热,系统与外界无热交换,因此Q=0。
- 能量来源:电阻丝通电时,电能转化为气体的内能,导致温度变化,从而引起焓变(ΔH≠0)。
- 做功分析:气体膨胀对外做功,但能量来源为系统内部的电能转化,而非外界热传递。
破题关键点:
- Q的判断:系统内部能量转换不计入Q,绝热条件保证Q=0。
- ΔH的判断:理想气体的ΔH仅由温度变化决定,电阻丝加热使温度上升,故ΔH≠0。
系统能量分析
-
热传递(Q)
气缸为绝热,系统与外界无热量交换,因此Q=0。 -
电能转化为内能
电阻丝通电时,电能完全转化为气体的内能,属于系统内部的能量转换,不计入Q。 -
气体膨胀做功
气体在恒外压下膨胀,对外做功。根据热力学第一定律:
$\Delta U = W_{\text{电}} - W_{\text{外}}$
其中,$W_{\text{电}}$为电能转化的内能,$W_{\text{外}}$为对外做功。若$W_{\text{电}} > W_{\text{外}}$,则内能增加,温度上升。 -
焓变(ΔH)
对于理想气体,$\Delta H = nC_p \Delta T$。由于温度上升,ΔH≠0。