题目
对于理想气体系统来说,在下列过程中,哪个过程系统所吸收的热量、内能的增量和对外做的功三者均为负值?()A. 等容降压过程B. 等温膨胀过程C. 绝热膨胀过程D. 等压压缩过程
对于理想气体系统来说,在下列过程中,哪个过程系统所吸收的热量、内能的增量和对外做的功三者均为负值?()
A. 等容降压过程
B. 等温膨胀过程
C. 绝热膨胀过程
D. 等压压缩过程
题目解答
答案
D. 等压压缩过程
解析
步骤 1:理解理想气体过程中的热力学第一定律
热力学第一定律表明,一个系统的内能变化(ΔU)等于系统吸收的热量(Q)加上系统对外做的功(W)。即 ΔU = Q + W。对于理想气体,内能的变化只与温度有关,与体积和压力无关。
步骤 2:分析每个选项
A. 等容降压过程:在等容过程中,体积不变,所以对外做的功为零(W = 0)。由于压力降低,温度也降低,内能减少(ΔU < 0)。根据热力学第一定律,Q = ΔU - W = ΔU < 0,即系统放出热量。因此,此过程系统吸收的热量为负值,内能的增量为负值,对外做的功为零。
B. 等温膨胀过程:在等温过程中,温度不变,所以内能不变(ΔU = 0)。由于体积增加,系统对外做功(W < 0)。根据热力学第一定律,Q = ΔU - W = -W > 0,即系统吸收热量。因此,此过程系统吸收的热量为正值,内能的增量为零,对外做的功为负值。
C. 绝热膨胀过程:在绝热过程中,系统不与外界交换热量(Q = 0)。由于体积增加,系统对外做功(W < 0)。根据热力学第一定律,ΔU = Q + W = W < 0,即内能减少。因此,此过程系统吸收的热量为零,内能的增量为负值,对外做的功为负值。
D. 等压压缩过程:在等压过程中,压力不变。由于体积减小,系统对外做负功(W > 0)。由于体积减小,温度升高,内能增加(ΔU > 0)。根据热力学第一定律,Q = ΔU - W = ΔU - W > 0,即系统吸收热量。因此,此过程系统吸收的热量为正值,内能的增量为正值,对外做的功为正值。
步骤 3:选择符合题意的过程
根据题意,需要找到一个过程,其中系统所吸收的热量、内能的增量和对外做的功三者均为负值。根据上述分析,只有选项D符合题意。
热力学第一定律表明,一个系统的内能变化(ΔU)等于系统吸收的热量(Q)加上系统对外做的功(W)。即 ΔU = Q + W。对于理想气体,内能的变化只与温度有关,与体积和压力无关。
步骤 2:分析每个选项
A. 等容降压过程:在等容过程中,体积不变,所以对外做的功为零(W = 0)。由于压力降低,温度也降低,内能减少(ΔU < 0)。根据热力学第一定律,Q = ΔU - W = ΔU < 0,即系统放出热量。因此,此过程系统吸收的热量为负值,内能的增量为负值,对外做的功为零。
B. 等温膨胀过程:在等温过程中,温度不变,所以内能不变(ΔU = 0)。由于体积增加,系统对外做功(W < 0)。根据热力学第一定律,Q = ΔU - W = -W > 0,即系统吸收热量。因此,此过程系统吸收的热量为正值,内能的增量为零,对外做的功为负值。
C. 绝热膨胀过程:在绝热过程中,系统不与外界交换热量(Q = 0)。由于体积增加,系统对外做功(W < 0)。根据热力学第一定律,ΔU = Q + W = W < 0,即内能减少。因此,此过程系统吸收的热量为零,内能的增量为负值,对外做的功为负值。
D. 等压压缩过程:在等压过程中,压力不变。由于体积减小,系统对外做负功(W > 0)。由于体积减小,温度升高,内能增加(ΔU > 0)。根据热力学第一定律,Q = ΔU - W = ΔU - W > 0,即系统吸收热量。因此,此过程系统吸收的热量为正值,内能的增量为正值,对外做的功为正值。
步骤 3:选择符合题意的过程
根据题意,需要找到一个过程,其中系统所吸收的热量、内能的增量和对外做的功三者均为负值。根据上述分析,只有选项D符合题意。