今天復習到大物熱力學,發現這個絕熱自由膨脹過程很特殊,經常被考到,因此對它做了一些總結和摘抄
在絕熱自由膨脹過程中,由於體系經歷絕熱過程,故與外界無熱交換。又由於氣體向真空自由膨脹,外壓為零,故體系對環境做功也為零。由熱力學第一定律可得體系內能的變化為零,理想氣體的內能只是溫度的函數,所以理想氣體絕熱自由膨脹后溫度將恢復原來的溫度。
說明:(1)雖然理想氣體絕熱自由膨脹后溫度恢復,但整個過程並不是恆溫過程。
(2)理想氣體絕熱自由膨脹過程是非准靜態過程,除初,末態外,系統每一時刻都處於非平衡態。
(3)准靜態過程的進行的時間無限長,自由膨脹時間是有限的。
(4)對於實際氣體,溫度一般不會恢復到原來溫度。實驗證實參見焦耳實驗:容器分為兩室,左邊貯有理想氣體,右邊為真空.如果將隔板抽開,左室中的氣體將向 B室膨脹。這是氣體對真空的自由膨脹,最后氣體將均勻分布於兩室。溫度與原來溫度相同。氣體膨脹后,我們仍可用活塞將氣體等溫壓回左室,使氣體回到初始狀態。不過,此時我們必須對氣體作功,所作的功轉化為氣體向外界傳出的熱量,根據熱力學第二定律,我們無法通過循環過程再將這熱量完全轉化為功,所以氣體對真空的自由膨脹過程是不可逆過程。
這里提到了准靜態過程,我也想說一下
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等容等溫等壓過程,既然能定義體積,溫度,壓強,所以是准靜態過程。
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絕熱過程,是指過程中沒有熱量交換,可能是准靜態的(滿足泊松關系式),也可能不是(如,絕熱自由膨脹)
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如果氣體可以看成理想氣體,就符合理想氣體的狀態方程。如果不行,要用其他的狀態方程(這個不是大物要求的)
(附幾張比較重要的圖)



