题目
2mol单原子理想气体经历等体过程,温度从200K升高到400K,该过程中气体吸收的热量为______J(普适气体常量R = 8.31 (J/(mol·K)))。
2mol单原子理想气体经历等体过程,温度从200K升高到400K,该过程中气体吸收的热量为______J(普适气体常量$R = 8.31\ \text{J/(mol·K)}$)。
题目解答
答案
根据热力学第一定律和理想气体的性质,我们可以进行如下推导:
- 确定过程特点:题目指出气体经历的是“等体过程”(即体积保持不变的过程)。在等体过程中,气体对外不做功,即 $W = 0$。
- 应用热力学第一定律:根据热力学第一定律 $Q = \Delta U + W$,由于 $W = 0$,气体吸收的热量 $Q$ 等于其内能的增加量 $\Delta U$,即 $Q = \Delta U$。
- 计算内能变化量:对于理想气体,内能的变化量公式为 $\Delta U = \frac{i}{2} n R \Delta T$,其中:
- $i$ 是气体分子的自由度。题目中是“单原子理想气体”,单原子分子的自由度 $i = 3$。
- $n$ 是气体的物质的量,已知 $n = 2\text{ mol}$。
- $R$ 是普适气体常量,已知 $R = 8.31\text{ J/(mol}\cdot\text{K)}$。
- $\Delta T$ 是温度的变化量,已知温度从 $200\text{ K}$ 升高到 $400\text{ K}$,所以 $\Delta T = 400\text{ K} - 200\text{ K} = 200\text{ K}$。
- 代入数据计算:
$Q = \Delta U = \frac{3}{2} \times 2\text{ mol} \times 8.31\text{ J/(mol}\cdot\text{K)} \times 200\text{ K}$
$Q = 3 \times 8.31 \times 200\text{ J}$
$Q = 6 \times 831\text{ J}$
$Q = 4986\text{ J}$
因此,该过程中气体吸收的热量为 $4986\text{ J}$。
第1空:4986