题目
对于理想气体来说,在下列过程中,哪个过程系统所吸收的热量、内能的增量和对外所做的功三者均为负值?A. 等体降压过程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、内能的增量和对外所做的功三者均为负值?
A. 等体降压过程
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
本题考查理想气体状态方程、热力学第一定律以及不同过程中热量、内能增量和对外做功的特点。解题思路是根据各过程的特点,结合理想气体状态方程和热力学第一定律分别分析每个选项中系统所吸收的热量、内能的增量和对外所做的功的正负。
选项A:等体降压过程
- 体积变化:等体过程中,体积$V$不变,即$\Delta V = 0$。根据功的计算公式$W = p\Delta V$,可得系统对外做功$W = 0$,不满足三者均为负值的条件,所以A选项错误。
选项B:等温膨胀过程
- 温度变化:等温过程中,温度$T$不变。对于理想气体,内能只与温度有关有关有关,根据内能公式$\Delta U = \frac{m}{M}C_V\Delta T$(其中$\frac{m}{M}$是气体的物质的量,$C_V$是定容摩尔热容),可得$\Delta U = 0$,不满足三者均为负值的条件,所以B选项错误。
选项C:绝热膨胀过程
- 热量变化:绝热过程中,系统与外界没有热量交换,即$Q = 0$,不满足三者均为负值的条件,所以C选项错误。
选项D:等压压缩过程
- 体积变化:等压压缩过程中,压强$p$不变,体积$V$减小,即$\Delta V<0$。根据功的计算公式$W = p\Delta V$,可得系统对外做功$W<0$。
- 温度变化:根据理想气体状态方程$pV=\frac{m}{M}RT$(其中$R$是普适气体常量),在等压过程中$p$不变,$V$减小,则温度$T$降低,即$\Delta T<0$。对于理想气体,内能只与温度有关,根据内能公式$\Delta U = \frac{m}{M}C_V\Delta T$,可得$\Delta U<0$。
- 热量变化:根据热力学第一定律$Q=\Delta U + W$,由于$\Delta U<0$,$W<0$,所以$Q<0$。
综上,等压压缩过程中系统所吸收的热量、内能的增量和对外所做的功三者均为负值,D选项正确。