题目
dU=CvdT及dUm=Cv,mdT适用的条件完整地说应当是A. 等容过程B. 无化学反应和相变的等容过程C. 组成不变的均相系统的等容过程D. 无化学反应和相变且不做非体积功的任何等容过程及无反应和相变而且系统内能 只与温度有关的非等容过程
dU=CvdT及dUm=Cv,mdT适用的条件完整地说应当是
A. 等容过程
B. 无化学反应和相变的等容过程
C. 组成不变的均相系统的等容过程
D. 无化学反应和相变且不做非体积功的任何等容过程及无反应和相变而且系统内能 只与温度有关的非等容过程
题目解答
答案
D. 无化学反应和相变且不做非体积功的任何等容过程及无反应和相变而且系统内能 只与温度有关的非等容过程
解析
考查要点:本题考查热力学中内能变化公式$dU=C_v dT$和$dU_m=C_{v,m} dT$的适用条件,需结合热力学第一定律及系统状态特征进行分析。
解题核心思路:
- 公式本质:公式成立的前提是内能变化仅由温度变化引起,且系统无化学反应、相变及非体积功的影响。
- 关键限制条件:
- 无化学反应和相变:确保系统组成和性质稳定,内能仅是温度的函数。
- 不做非体积功:若存在非体积功(如电功、磁功等),公式不再适用。
- 等容过程或内能仅与温度相关:在非等容过程中,若内能仍仅由温度决定(如理想气体特定过程),公式仍可适用。
破题关键点:
- 明确公式成立的热力学过程类型(等容与否)及系统状态(均相、无反应/相变)。
- 区分“组成不变”与“无化学反应/相变”的差异:组成不变是结果,而无化学反应/相变是保证结果的条件。
公式$dU=C_v dT$和$dU_m=C_{v,m} dT$的适用条件分析
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基本适用条件
- 等容过程:在等容过程中,系统不对外做体积功,且若无非体积功,则内能变化$dU$完全由吸收的热量$Q$决定,此时$Q=C_v dT$,故$dU=C_v dT$成立。
- 无化学反应和相变:若发生化学反应或相变,内能变化将包含化学能或相变潜热,公式失效。
- 均相系统:系统组成固定,内能仅由温度决定。
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扩展适用条件
- 非等容过程:若系统内能仅是温度的函数(如理想气体在某些特定过程中),即使非等容,公式仍可适用,但需保证无化学反应、相变及非体积功。
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选项辨析
- 选项D完整涵盖上述条件:
- 等容过程:无化学反应、相变且不做非体积功。
- 非等容过程:内能仅与温度相关(如理想气体)。
- 选项C的“组成不变”仅是结果,未明确“无化学反应和相变”的根本条件,表述不严谨。
- 选项D完整涵盖上述条件: