今天复习到大物热力学,发现这个绝热自由膨胀过程很特殊,经常被考到,因此对它做了一些总结和摘抄
在绝热自由膨胀过程中,由于体系经历绝热过程,故与外界无热交换。又由于气体向真空自由膨胀,外压为零,故体系对环境做功也为零。由热力学第一定律可得体系内能的变化为零,理想气体的内能只是温度的函数,所以理想气体绝热自由膨胀后温度将恢复原来的温度。
说明:(1)虽然理想气体绝热自由膨胀后温度恢复,但整个过程并不是恒温过程。
(2)理想气体绝热自由膨胀过程是非准静态过程,除初,末态外,系统每一时刻都处于非平衡态。
(3)准静态过程的进行的时间无限长,自由膨胀时间是有限的。
(4)对于实际气体,温度一般不会恢复到原来温度。实验证实参见焦耳实验:容器分为两室,左边贮有理想气体,右边为真空.如果将隔板抽开,左室中的气体将向 B室膨胀。这是气体对真空的自由膨胀,最后气体将均匀分布于两室。温度与原来温度相同。气体膨胀后,我们仍可用活塞将气体等温压回左室,使气体回到初始状态。不过,此时我们必须对气体作功,所作的功转化为气体向外界传出的热量,根据热力学第二定律,我们无法通过循环过程再将这热量完全转化为功,所以气体对真空的自由膨胀过程是不可逆过程。
这里提到了准静态过程,我也想说一下
-
等容等温等压过程,既然能定义体积,温度,压强,所以是准静态过程。
-
绝热过程,是指过程中没有热量交换,可能是准静态的(满足泊松关系式),也可能不是(如,绝热自由膨胀)
-
如果气体可以看成理想气体,就符合理想气体的状态方程。如果不行,要用其他的状态方程(这个不是大物要求的)
(附几张比较重要的图)