题目
质量为m的某种理想气体,其内能为( )。A. (3)/(2)kTB. (i)/(2)RTC. (m)/(mu) (3)/(2)RTD. (m)/(mu) (i)/(2)RT
质量为$m$的某种理想气体,其内能为( )。
A. $\frac{3}{2}kT$
B. $\frac{i}{2}RT$
C. $\frac{m}{\mu} \frac{3}{2}RT$
D. $\frac{m}{\mu} \frac{i}{2}RT$
题目解答
答案
D. $\frac{m}{\mu} \frac{i}{2}RT$
解析
本题考查理想气体内能的计算,解题思路是先明确理想气体内能的微观表达式,再结合物质的量与质量、摩尔质量的关系推导出质量为$m$的理想气体的内能表达式。
步骤一:明确理想气体内能的微观表达式
对于理想气体,其内能是所有分子热运动动能的总和。根据能均分定理,一个分子的平均动能为$\overline{\epsilon}_k=\frac{i}{2}kT$,其中$i$是分子的自由度,$k$是玻尔兹曼常量,$T$是热力学温度。
设理想气体的分子总数为$N$,则该理想气体的内能$E = N\overline{\epsilon}_k$,将$\overline{\epsilon}_k=\frac{i}{2}kT$代入可得$E = N\frac{i}{2}kT$。
步骤二:引入物质的量与分子总数的关系
根据阿伏伽德罗常数$N_A$的定义,物质的量$n$与分子总数$N$的关系为$N = nN_A$,将其代入内能表达式$E = N\frac{i}{2}kT$中,可得$E = nN_A\frac{i}{2}kT$。
又因为$R = kN_A$($R$为普适气体常量),所以$E = n\frac{i}{2}RT$。
步骤三:结合物质的量与质量、摩尔质量的关系
物质的量$n$、质量$m$和摩尔质量$\mu$之间的关系为$n=\frac{m}{\mu}$,将其代入$E = n\frac{i}{2}RT$中,可得质量为$m$的理想气体的内能$E = \frac{m}{\mu}\frac{i}{2}RT$。