题目
一个可充电电池的输出电压为1.7V,现在用2.3V的外电源充电,使其恢复到原来的状态,若以电池为系统,则在充电过程中,功和热的符号为A. W=0,Q=0B. W>0,Q>0C. W<0,Q>0D. W>0,Q<0
一个可充电电池的输出电压为1.7V,现在用2.3V的外电源充电,使其恢复到原来的状态,若以电池为系统,则在充电过程中,功和热的符号为
A. W=0,Q=0
B. W>0,Q>0
C. W<0,Q>0
D. W>0,Q<0
题目解答
答案
D. W>0,Q<0
解析
考查要点:本题主要考查热力学第一定律在电化学过程中的应用,需结合电荷做功与能量转化的关系,判断功和热的符号。
解题核心思路:
- 明确符号约定:题目中功(W)的正负由外界对系统做功决定,热量(Q)的正负由系统是否吸热决定。
- 分析能量转化:充电过程中,外电源对电池做功(电能转化为化学能),同时电池内部因电流产生焦耳热(电能转化为热能)。
- 内能变化判断:电池恢复原状态,说明内能变化ΔU=0,结合热力学第一定律ΔU=Q+W,可推导Q与W的关系。
破题关键点:
- W的符号:外电源强制电流反向,外界对系统做功,W>0。
- Q的符号:电池内部发热导致系统向外界释放热量,Q<0。
步骤1:确定功的符号
充电时,外电源施加的电压(2.3V)高于电池电动势(1.7V),迫使电流从负极流向正极。此时,外力克服电场力做功,将电能转化为电池的化学能,属于外界对系统做功,因此 W>0。
步骤2:确定热的符号
充电过程中,电流通过电池内部的电阻,产生焦耳热。这部分热量是系统向外界释放的,因此 Q<0。
步骤3:验证内能变化
电池恢复原状态,说明内能ΔU=0。根据热力学第一定律:
$\Delta U = Q + W$
代入ΔU=0,得:
$Q = -W$
因W>0,故Q<0,与步骤2结论一致。