6.[判断题]在P-V图上,绝热线比等温线陡些。A. 对B. 错
A. 对
B. 错
题目解答
答案
解析
本题考查理想气体的绝热过程和等温过程在P - V图上的性质,解题思路是通过分别求出绝热过程和等温过程中压强P随体积V的变化率,即曲线的斜率,然后比较两者斜率的大小来判断绝热线和等温线的陡缓。
1. 等温过程
对于理想气体的等温过程,满足理想气体状态方程 $PV = \nu RT$,其中 $\nu$ 是物质的量,$R$ 是普适气体常量,$T$ 是温度。在等温过程中,$T$ 为常数,所以 $P=\frac{\nu RT}{V}$。
对 $P$ 关于 $V$ 求导,根据求导公式 $(\frac{u}{v})^\prime=\frac{u^\prime v - uv^\prime}{v^{2}}$,这里 $u = \nu RT$(为常数,$u^\prime=0$),$v = V$,$v^\prime = 1$,可得:
$\left(\frac{dP}{dV}\right)_T=-\frac{\nu RT}{V^{2}}$
又因为 $P=\frac{\nu RT}{V}$,所以 $\left(\frac{dP}{dV}\right)_T=-\frac{P}{V}$。
2. 绝热过程
对于理想气体的绝热过程,满足绝热方程 $PV^{\gamma}=C$($C$ 为常数),$\gamma=\frac{C_{p,m}}{C_{V,m}}$ 是比热容比,且 $\gamma>1$。
对 $PV^{\gamma}=C$ 两边同时对 $V$ 求导,根据乘积的求导法则 $(uv)^\prime = u^\prime v+uv^\prime$,这里 $u = P$,$v = V^{\gamma}$,则有:
$\frac{dP}{dV}V^{\gamma}+P\gamma V^{\gamma - 1}=0$
移项可得:
$\frac{dP}{dV}=-\gamma\frac{P}{V}$
3. 比较斜率大小
因为 $\gamma>1$,所以 $\left|\left(\frac{dP}{dV}\right)_S\right|=\gamma\frac{P}{V}>\left|\left(\frac{dP}{dV}\right)_T\right|=\frac{P}{V}$。
在P - V图中,曲线斜率的绝对值越大,曲线越陡,所以绝热线比等温线陡些。