题目
对于单原子理想气体CP/CV为( )A. 1.00;B. 1.40;C. 1.60;D. 1.67
对于单原子理想气体CP/CV为( )
- A. 1.00;
- B. 1.40;
- C. 1.60;
- D. 1.67
题目解答
答案
D
解析
考查要点:本题主要考查单原子理想气体的比热容比($C_p/C_v$)的计算,需要掌握理想气体的热力学性质及能量均分定理的应用。
解题核心思路:
- 确定单原子理想气体的自由度:单原子分子仅有平动自由度,共3个自由度。
- 应用能量均分定理:每个自由度对应的平均能量为$\frac{1}{2}kT$,总内能$U$与温度$T$的关系为$U = \frac{3}{2}nRT$,从而求出定容比热容$C_v$。
- 利用理想气体关系式:$C_p = C_v + R$,最终计算比值$C_p/C_v$。
破题关键点:正确识别单原子气体的自由度,并通过能量均分定理推导$C_v$,再结合理想气体的热力学关系式求解。
步骤1:确定单原子气体的自由度
单原子分子仅具有平动自由度,共3个自由度($i=3$)。
步骤2:计算定容比热容$C_v$
根据能量均分定理,每个自由度的平均能量为$\frac{1}{2}kT$,总内能为:
$U = \frac{3}{2}nRT$
定容比热容定义为:
$C_v = \left( \frac{\partial U}{\partial T} \right)_V = \frac{3}{2}R$
步骤3:计算定压比热容$C_p$
根据理想气体关系式:
$C_p = C_v + R = \frac{3}{2}R + R = \frac{5}{2}R$
步骤4:求比值$C_p/C_v$
$\frac{C_p}{C_v} = \frac{\frac{5}{2}R}{\frac{3}{2}R} = \frac{5}{3} \approx 1.67$