26、(本题 7 分)1mol 单原子理想气体从 300K 加热到 350K,问在下列两过程中吸收了多少热量?增加了多少内能?对外做了多少功?(1) 容积保持不变;(2) 压力保持不变。
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查理想气体在等体过程和等压过程中的热力学计算,涉及热力学第一定律、内能变化、热量吸收及对外做功的计算。
解题核心思路:
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等体过程(容积不变):
- 对外做功为0($A=0$);
- 热量吸收等于内能增加($Q = \Delta U$);
- 内能变化由公式 $\Delta U = nC_v \Delta T$ 计算,其中单原子理想气体的 $C_v = \frac{3}{2}R$。
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等压过程(压力不变):
- 热量吸收分为两部分:内能增加和对外做功($Q = \Delta U + A$);
- 内能变化仍由 $\Delta U = nC_v \Delta T$ 计算;
- 对外做功由公式 $A = nR \Delta T$ 计算。
破题关键点:
- 明确单原子理想气体的热容值($C_v = \frac{3}{2}R$,$C_p = \frac{5}{2}R$);
- 根据过程类型(等体/等压)选择对应的公式计算热量、内能和做功。
(1) 等体过程
内能变化与热量吸收
根据热力学第一定律,等体过程中对外做功 $A=0$,因此:
$Q = \Delta U = nC_v \Delta T = 1 \cdot \frac{3}{2}R \cdot (350 - 300)$
取 $R = 8.31 \, \text{J/(mol·K)}$,代入计算:
$Q = \frac{3}{2} \cdot 8.31 \cdot 50 = 623.25 \, \text{J}$
结论:吸收热量 $Q = 623.25 \, \text{J}$,内能增加 $\Delta U = 623.25 \, \text{J}$,对外做功 $A = 0$。
(2) 等压过程
热量吸收
根据热力学第一定律:
$Q = nC_p \Delta T = 1 \cdot \frac{5}{2}R \cdot (350 - 300)$
代入计算:
$Q = \frac{5}{2} \cdot 8.31 \cdot 50 = 1038.75 \, \text{J}$
内能变化
$\Delta U = nC_v \Delta T = 1 \cdot \frac{3}{2}R \cdot 50 = 623.25 \, \text{J}$
对外做功
$A = Q - \Delta U = 1038.75 - 623.25 = 415.5 \, \text{J}$
结论:吸收热量 $Q = 1038.75 \, \text{J}$,内能增加 $\Delta U = 623.25 \, \text{J}$,对外做功 $A = 415.5 \, \text{J}$。