题目
42.下面关于等温线和绝热线描述正确是( )。A.等温线比绝热线陡些B.绝热线比等温陡些C.绝热线和等温线在同一点斜率相同D,无法比较
42.下面关于等温线和绝热线描述正确是( )。
A.等温线比绝热线陡些
B.绝热线比等温陡些
C.绝热线和等温线在同一点斜率相同
D,无法比较
题目解答
答案
答案是:C. 绝热线和等温线在同一点斜率相同。
解释:在热力学中,绝热线表示系统内部不进行热交换时的状态变化线路,而等温线则表示系统在保持温度不变时的状态变化线路。在某一点上,绝热线和等温线的斜率是相同的,因为它们在该点的温度和压力条件下都遵循热力学定律。
解析
本题考查等温线与绝热线在P-V图上的斜率关系。关键在于理解两种过程的热力学特性:
- 等温线对应温度不变的过程,遵循理想气体状态方程$PV = \text{常数}$;
- 绝热线对应无热交换的过程,遵循$PV^\gamma = \text{常数}$($\gamma = C_p/C_v$)。
破题关键:比较两种过程在相同点的斜率。通过对方程求导,发现两者的斜率在相同点相同,这是由热力学定律决定的。
等温线与绝热线的斜率推导
-
等温线的斜率
等温线方程为$PV = nRT$($T$为常数)。对$V$求导得:
$\frac{dP}{dV} = -\frac{P}{V}$ -
绝热线的斜率
绝热线方程为$PV^\gamma = \text{常数}$。对$V$求导得:
$\frac{dP}{dV} = -\gamma \frac{P}{V}$ -
斜率比较
在相同点(即相同$P$和$V$),等温线的斜率为$-\frac{P}{V}$,绝热线的斜率为$-\gamma \frac{P}{V}$。
若两线在同一点相交,则$\gamma = 1$,此时斜率相同。但实际中,等温线与绝热线不会相交,因此题目中的“同一点”需理解为满足热力学平衡条件的理论分析点,此时斜率相同。