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理想气体的自由膨胀过程是等温还是绝热过程

2020-08-03 09:19 作者:赢德体育官方网站 点击:

  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。

  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。

  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,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。

  热力学系统始终不与外界交换热量 , 即Q =0 的过程 。理想气体准静态绝热过程的方程为pVr=常量,其中p 、V 是理想气体的压强、体积,γ=cP/cV是定压热容与定体热容之比。根据热力学第一定律,在绝热过程中,系统对外所作的功等于内能的减少量。

  根据热力学第二定律,在可逆的绝热过程中,系统的熵不变。用良好绝热材料隔绝的系统中进行的过程,或由于过程进行得太快,来不及与外界有显著热量交换的过程,都可近似地看作绝热过程。例如内燃机、蒸汽机汽缸中工作物质的膨胀过程。

  压汽机汽缸中的压缩过程,汽轮机喷管中的膨胀过程,以及气象学中空气团的升降过程,还有声波在空气中的传播过程等,都可当作绝热过程处理。

  在和周围环境之间没有热量交换或者没有质量交换的情况下,一个系统的状态的变化。大气层中的许多重要现象都和绝热变化有关。例如,在大气层的下层通常存在着温度随高度而递减,主要就是由于空气绝热混合的结果。

  导致水蒸汽凝结、云和雨形成的降温作用,主要是由于空气上升时温度下降的结果;晴朗的、干燥的天气通常是与空气下沉引起的增温变干作用有关。上升空气的降温作用和下沉空气的增温作用主要是由于空气的绝热膨胀和绝热压缩的结果。

  如果一个受到增温作用或降温作用的系统通过辐射和传导与周围发生热量交换,那么就称之为非绝热过程(diabaticprocess)。

  绝热过程是一个绝热体系的变化过程,绝热体系为和外界没有热量和粒子交换,但有其他形式的能量交换的体系,属于封闭体系的一种。

  绝热过程有绝热压缩和绝热膨胀两种。常见的一个绝热过程的例子是绝热火焰温度,该温度是指在假定火焰燃烧时没有传递热量给外界的情况下所可能达到的温度。现实中,不存在真正意义上符合定义的绝热过程,绝热过程只是一种近似,所以有时也称为绝热近似。

  绝热过程分为可逆过程(熵增为零)和不可逆过程(熵增不为零)两种。可逆的绝热过程是等熵过程。等熵过程的对立面是等温过程,在等温过程中,最大限度的热量被转移到了外界,使得系统温度恒定如常。由于在热力学中,温度与熵是一组共轭变量,等温过程和等熵过程也可以视为“共轭”的一对过程。

  如果一个热力学系统的变化快到足以忽略与外界的热交换的话,这一变化过程就可以视为绝热过程,又称“准静态过程”。准静态过程的熵增可以忽略,所以视作可逆过程,严格说来,在热力学中,准静态过程与可逆过程没有严格区分,在某些文献中被作为同义词使用。

  同样的,如果一个热力学系统的变化慢到足以靠与外界的热交换来保持恒温的话,该过程则可以视为等温过程。

  由”二字5261是指膨胀时气体不受外界阻4102碍,所以气体不对环境做功,1653即-W=0。1843年,焦耳曾设计一套使气体向真空膨胀的仪器。焦耳发现,气体在膨胀前后温度没有变化,因而没有自环境吸入或放出热,即Q=0。根据热力学第一定律Q=△U-W可知,气体在膨胀过程中△U=Q+W=0。所以焦耳实验(Joule’s experiment)得出以下结论,在自由膨胀中,气体的内能不变·望采纳,谢谢

  有功和热的交换。真实气体在自由膨胀时会有温度的变化。若是理想气体,过程前后的温度不会变化,而且过程前后的状态符合以下的式子pi Vi = pf Vf,其中p为压力,V为体积而下标的i及f表示初始及结束的状态。在自由膨胀过程中,气体不满足热力学平衡的条件,一直要到自由膨胀结束时才符合热力学平衡。因此在过程中无法定义整个气体的状态函数。例如其压力会随着位置而改变,而过程中无法明确的定义气体的体积。因此整个过程只是绝热过程,不是等温过程。

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