题目
(10分)1 mol单原子理想气体从300 K加热到350 K,问在下列两过程中吸收了多少热量?增加了多少内能?对外做了多少功? (1)容积保持不变;(2)压力保持不变 。
(10分)1 mol单原子理想气体从300 K加热到350 K,问在下列两过程中吸收了多少热量?增加了多少内能?对外做了多少功? (1)容积保持不变;(2)压力保持不变 。
题目解答
答案
解:(1)等体过程 由热力学第一定律得 (1分) 吸热 (2分) (1分) 对外作功 (1分) (2)等压过程 (1分) 吸热 (1分) (1分) 内能增加 (1分) 对外作功 (1分)
解析
步骤 1:等体过程
在等体过程中,气体的体积保持不变,因此对外做的功为零。根据热力学第一定律,热量的吸收等于内能的增加。
步骤 2:等体过程的内能增加
单原子理想气体的内能与温度成正比,即 \(U = \frac{3}{2}nRT\)。因此,内能的增加量为 \(\Delta U = \frac{3}{2}nR\Delta T\)。
步骤 3:等体过程的热量吸收
由于在等体过程中,对外做的功为零,所以吸收的热量等于内能的增加量,即 \(Q = \Delta U\)。
步骤 4:等压过程
在等压过程中,气体的压强保持不变。根据热力学第一定律,热量的吸收等于内能的增加加上对外做的功。
步骤 5:等压过程的内能增加
单原子理想气体的内能与温度成正比,即 \(U = \frac{3}{2}nRT\)。因此,内能的增加量为 \(\Delta U = \frac{3}{2}nR\Delta T\)。
步骤 6:等压过程的对外做功
在等压过程中,对外做的功为 \(W = P\Delta V\)。根据理想气体状态方程 \(PV = nRT\),可以得到 \(\Delta V = \frac{nR\Delta T}{P}\),因此 \(W = nR\Delta T\)。
步骤 7:等压过程的热量吸收
根据热力学第一定律,热量的吸收等于内能的增加加上对外做的功,即 \(Q = \Delta U + W\)。
在等体过程中,气体的体积保持不变,因此对外做的功为零。根据热力学第一定律,热量的吸收等于内能的增加。
步骤 2:等体过程的内能增加
单原子理想气体的内能与温度成正比,即 \(U = \frac{3}{2}nRT\)。因此,内能的增加量为 \(\Delta U = \frac{3}{2}nR\Delta T\)。
步骤 3:等体过程的热量吸收
由于在等体过程中,对外做的功为零,所以吸收的热量等于内能的增加量,即 \(Q = \Delta U\)。
步骤 4:等压过程
在等压过程中,气体的压强保持不变。根据热力学第一定律,热量的吸收等于内能的增加加上对外做的功。
步骤 5:等压过程的内能增加
单原子理想气体的内能与温度成正比,即 \(U = \frac{3}{2}nRT\)。因此,内能的增加量为 \(\Delta U = \frac{3}{2}nR\Delta T\)。
步骤 6:等压过程的对外做功
在等压过程中,对外做的功为 \(W = P\Delta V\)。根据理想气体状态方程 \(PV = nRT\),可以得到 \(\Delta V = \frac{nR\Delta T}{P}\),因此 \(W = nR\Delta T\)。
步骤 7:等压过程的热量吸收
根据热力学第一定律,热量的吸收等于内能的增加加上对外做的功,即 \(Q = \Delta U + W\)。