题目
如图所示,有一定量的理想气体,从初状态a(p1,V1 )开始,经过一个等体过程达到压强-|||-为 _(1)/4 的b态,再经过一个等压过程达到状态c,最后经等温过程而完成一个循环.求该-|||-循环过程中系统对外做的功W和所吸的热量Q.-|||-p a-|||-p1/4-|||-b c-|||-0 V 了

题目解答
答案

解析
步骤 1:确定状态c的体积
根据理想气体状态方程,对于等温过程,有 $P_1V_1 = P_2V_2$。由于a和c两状态的温度相同,且b状态的压强为 $P_1/4$,因此有 $P_1V_1 = (P_1/4)V_2$,从而得到 $V_2 = 4V_1$。
步骤 2:计算等体过程a→b的功
在等体过程中,体积不变,因此系统对外做的功为零,即 $W_1 = 0$。
步骤 3:计算等压过程b→c的功
在等压过程中,功的计算公式为 $W = P\Delta V$。因此,$W_2 = P_1/4 \times (V_2 - V_1) = P_1/4 \times (4V_1 - V_1) = 3P_1V_1/4$。
步骤 4:计算等温过程c→a的功
在等温过程中,功的计算公式为 $W = P_1V_1\ln(V_2/V_1)$。因此,$W_3 = P_1V_1\ln(4V_1/V_1) = P_1V_1\ln 4$。
步骤 5:计算循环过程的总功
循环过程的总功为各过程功的代数和,即 $W = W_1 + W_2 + W_3 = 0 + 3P_1V_1/4 - P_1V_1\ln 4 = (3/4 - \ln 4)P_1V_1$。
步骤 6:计算循环过程的总热量
由于循环过程的内能变化为零,根据热力学第一定律,有 $Q = W$。因此,$Q = (3/4 - \ln 4)P_1V_1$。
根据理想气体状态方程,对于等温过程,有 $P_1V_1 = P_2V_2$。由于a和c两状态的温度相同,且b状态的压强为 $P_1/4$,因此有 $P_1V_1 = (P_1/4)V_2$,从而得到 $V_2 = 4V_1$。
步骤 2:计算等体过程a→b的功
在等体过程中,体积不变,因此系统对外做的功为零,即 $W_1 = 0$。
步骤 3:计算等压过程b→c的功
在等压过程中,功的计算公式为 $W = P\Delta V$。因此,$W_2 = P_1/4 \times (V_2 - V_1) = P_1/4 \times (4V_1 - V_1) = 3P_1V_1/4$。
步骤 4:计算等温过程c→a的功
在等温过程中,功的计算公式为 $W = P_1V_1\ln(V_2/V_1)$。因此,$W_3 = P_1V_1\ln(4V_1/V_1) = P_1V_1\ln 4$。
步骤 5:计算循环过程的总功
循环过程的总功为各过程功的代数和,即 $W = W_1 + W_2 + W_3 = 0 + 3P_1V_1/4 - P_1V_1\ln 4 = (3/4 - \ln 4)P_1V_1$。
步骤 6:计算循环过程的总热量
由于循环过程的内能变化为零,根据热力学第一定律,有 $Q = W$。因此,$Q = (3/4 - \ln 4)P_1V_1$。