理想气体的下列过程.doc

热学1理想气体的下列过程，哪些是可能发生的，哪些是不可能发生的？(1) 等体加热时，内能减少，压强升高；(2) 等温压缩时，压强升高，同时吸热；(3) 等压压缩时，内能增加，同时吸热；(4) 绝热压缩时，压强升高，内能增加。答：根据热力学第一定律 和压强公式 ，(1) 不可能发生。对于等体加热， 必然有 ，内能不可能减少；(2) 不可能发生。等温压缩， ，外界作功， 必有 ，不可能吸热；(3) 不可能发生。等压压缩， ， ， ，必有 ，不可能吸热。(4) 可能发生。绝热压缩， ， ， ，必然有 ，内能增加。又由 ，温度升高，所以压强升高。2一定量的理想气体，从 pV 图上同一初态A开始，分别经历三种不同的过程过渡到不同的末态，但末态的温度均相同，如图所示。其中 是绝热过程，问：(1) 过程中气体吸热还是放热，为什么？(2) 过程中气体吸热还是放热，为什么？答：三个过程内能变化 相同，且 ，由 是绝热线可知 ， ；(1) 过程中 ， ， ， ，过程放热。内能减小用于对外作功后，多余部分以热量放出。(2) 过程中， ，内能减少不够用于对外作功，必须从外界吸热。3用分子运动论观点说明绝热线比等温线陡的原因。答：如图所示。虚线表示等温线，实线表示绝热线，a为二线交叉点。从a状态( )压缩气体体积为 ，沿等温线压缩到b，沿绝热线压缩到c。从a等温压缩到b，气体分子数密度增大( )， 根据压强公式 ， 不变， 增大，所以压强升高；从a绝热压缩到c，分子数密度增大，同时由 ，外界作功使气体内能增大，温度T升高，在 中n 和 T 都增大，其中 增大的倍数与等温压缩 过程相同，所以 增加得更多，即绝热线比等温线更陡。4摩尔数相同的两种理想气体 和 (都视为刚性分子气体)从相同初态出发，经历一等体吸热过程，若吸热相同，问哪种气体的温度增量大？哪种气体分子方均根速率的增量较大？答：等体吸热， ， ，则 为双原子刚性分子， ， 为3原子刚性分子， ，可见 的温度增量大些。由 可知 。又因： ； ，所以； 可见 气体分子的方均根速率增量较大。5如图所示，一个卡诺机工作时，如果气体体积膨胀大些，p V 图中循环过程曲线所包围的面积就大些，因此热机对外做功多些，效率也就提高了，这种说法对吗？答：这种说法不对。由 可知，气体体积膨胀得大些固然 可增大， 即 增大， 增大，但吸热 也将等倍数增大，所以效率不变。 从卡诺循环效率 ，可知，效率只与两热源的温度有关，与p V 图所包围的面积无关。6有人说：“不可逆过程就是不能往反方向进行的过程”。这种说法对吗？下列过程是否可逆？为什么？(1)通过活塞(它与器壁无摩擦)，极其缓慢地压缩绝热容器中的空气；(2)用旋转的叶片使绝热容器中的水温上升。答：题中说法不对。不可逆过程不是不能往反方向进行的过程，而是一个过程，无论用什么方法都不能使系统和外界同时复原，这种过程就称为不可逆过程。(1)是可逆过程，因为无摩擦准静态过程是可逆过程。(2)是不可逆过程。旋转叶片使绝热容器中的水温上升，找不到一个过程，使水温降低对外做功而外界不发生任何变化。或根据热力学第二定律的开尔文表述，不可能使水放出的热量完全变为有用的功而不产生其他影响。7根据热力学第二定律判断下列两种说法是否正确：(1)功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功；(2)热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体。答：（1)说法不对。应该说热不能全部转化功而不产生其他影响。例如等温膨胀，吸收的热量就全部转化为功，但系统的体积发生了变化。(2)说法不对。应该说，热量不能自动地从低温物体传到高温物体。例如致冷机，热量从冷冻室(低温物体)传到大气(高温物体)，是由于外界做了功，而不是自动完成的。8一条等温线与一条绝热线能否有两个交点？为什么？答：一条等温线与一条绝热线不可能有两个交点。用反证法，假设一条等温线与一条绝热线有两个交点，如图所示，这就构成了一个循环，从单一热源(T)吸热，使之完全变成有用的功(循环所包围的面积)而外界和系统都没发生任何其它变化。这就违背了热力第二定律的开尔文表述。所以一条等温线和一条绝热线不可能有两个交点。9两条绝热线和一条等温线是否可以构成一个循环？为什么？答：两条绝热线和一条等温线不可能构成一个循环。因为两条绝热线不可能相交，或一条等温线不可能与一条绝热线相交两次。也可以用反证法，假设三条线构成一个循环如图所示，则该循环可以从单一热源(T)吸收热量，使之完全变成有用的功而不产生其他影响，这就违背了热力学第二定律的开尔文表述。所以这样三条线不可能构成一个循环。10有一个可逆的卡诺机，以它作热机使用时，如果两热库温差越大，对做功越有利；当作致冷机使用时，如果两热库温差越大，对于致冷机是否越有利？为什么？答：对于卡诺热机， ，两热库温差( )越大，则效率越高；对于卡诺致冷机，致冷系数为 ，从低温热源吸出热量 ，希望外界做功越少越好。若两热库温差( )大，则越小，需外界做功多，所以对致冷机越不利。11.“功、热与内能均是能量，所以它们的性质相同”这句话正确否？答：不正确。虽然功、热与内能都有能量的量纲，但在性质上不同，内能是体系的本身性质，是状态函数。而