题目
【题目】系统从状态A沿ABC变化到状态C的过程中,外界有326J的热量传递给系统,同时系统对外做功126J。如果系统从状态C沿另一曲线CA回到状态A,外界对系统做功52J,则此过程中系统是吸热还是放热?传递热量是多少?
【题目】系统从状态A沿ABC变化到状态C的过程中,外界有326J的热量传递给系统,同时系统对外做功126J。如果系统从状态C沿另一曲线CA回到状态A,外界对系统做功52J,则此过程中系统是吸热还是放热?传递热量是多少?
题目解答
答案
【解析】由热力学第一定律△U=Q+W可得A到C系统的内能改变量为:△U=326-126=200J则系统在A状态时的能量比C状态的能量少200J;系统从状态C沿另一曲线CA回到状态A过程中系统内能减少200J,即△U'=Q'+W'其中 △U'=-200J , W'=52J解得: Q'=-252J此过程中系统放热,放出的热量为252J.故答案为:放热,放出的热量为252J.
解析
考查要点:本题主要考查热力学第一定律的应用,涉及内能变化、热量和做功的关系。
解题核心思路:
- 明确热力学第一定律公式:$\Delta U = Q + W$,其中$Q$为外界传递给系统的热量,$W$为外界对系统所做的功(注意符号规则)。
- 确定两个过程的内能变化量:由于状态A和C的内能差是固定的,无论路径如何,只要起点和终点相同,$\Delta U$的值不变。
- 代入已知量求解未知量:通过已知热量和功,计算第一过程的$\Delta U$,再利用$\Delta U$的不变性求解第二过程的热量。
破题关键点:
- 路径无关性:内能是状态量,$\Delta U$仅由初末状态决定,与路径无关。
- 符号规则:系统对外做功时$W$为负,外界对系统做功时$W$为正;热量$Q$的正负表示热传递方向。
步骤1:计算A到C的内能变化量
根据热力学第一定律:
$\Delta U = Q + W$
其中,外界传递给系统的热量$Q = 326 \, \text{J}$,系统对外做功$W = -126 \, \text{J}$(因系统对外做功,$W$为负)。
代入公式得:
$\Delta U = 326 + (-126) = 200 \, \text{J}$
即系统内能增加$200 \, \text{J}$。
步骤2:确定C到A的内能变化量
从C到A是反向过程,初末状态内能差相反,因此:
$\Delta U' = -200 \, \text{J}$
步骤3:计算C到A的热量
外界对系统做功$W' = 52 \, \text{J}$($W$为正),代入热力学第一定律:
$\Delta U' = Q' + W'$
即:
$-200 = Q' + 52$
解得:
$Q' = -252 \, \text{J}$
负号表示系统向外界放热,放热的大小为$252 \, \text{J}$。