题目
在恒容、恒熵条件下,对于只作体积功的封闭体系,用下列哪个状态函数的增量来判断自发变化的方向?A. 内能B. 焓C. 熵D. 吉布斯能
在恒容、恒熵条件下,对于只作体积功的封闭体系,用下列哪个状态函数的增量来判断自发变化的方向?
A. 内能
B. 焓
C. 熵
D. 吉布斯能
题目解答
答案
A. 内能
解析
考查要点:本题主要考查热力学中不同条件下判断自发变化方向的状态函数选择,需结合恒容、恒熵条件下的热力学判据进行分析。
解题核心思路:
在热力学中,不同条件下不同的状态函数增量用于判断过程的自发性。例如:
- 恒温恒压下,吉布斯自由能($G$)的增量 $\Delta G \leq 0$ 判断自发;
- 恒温恒容下,亥姆霍兹自由能($F$)的增量 $\Delta F \leq 0$ 判断自发。
本题条件为恒容、恒熵且只作体积功,需明确此时对应的判据。根据热力学基本关系,在恒容、恒熵条件下,内能($U$)的增量 $\Delta U \leq 0$ 是判断自发变化方向的依据。
破题关键点:
- 恒容($V=0$)且只作体积功,排除压力-体积功以外的其他功;
- 恒熵($S=0$)表明系统与外界无热交换或孤立性特征;
- 结合热力学第一定律和第二定律,推导出内能的极值条件。
在恒容、恒熵条件下,体系的能量变化仅由内能($U$)决定。根据热力学第一定律:
$\Delta U = Q + W$
由于恒容且只作体积功,$W=0$,且恒熵($S=0$)意味着 $Q=0$(无热交换),因此 $\Delta U = 0$。
此时,内能的增量 $\Delta U$ 直接反映系统的能量变化。若 $\Delta U < 0$,体系趋向更低能量状态,过程自发;若 $\Delta U > 0$,则非自发。因此,内能(选项A)是判断自发变化方向的依据。