怎样求气体整个过程中对外做的功?
热力学第一定律的内容就是一个简单的公式,即为Q=△E+W,其中Q>0表示系统吸热,Q<0表示放热,△E表示的是内能变化,W则是系统对外做的功。虽然这个公式写起来简单,但是针对气体在多过程中的变化求其对外所做的总功这种类型的题目就考察的比较深了,这里就举一例讲述,希望读者看完后能拨云见日,心有所悟!
操作方法
01朕以下面这道题目为例,众卿家先审题,这个题目研究的对象是理想气体,告诉了初始状态下气体的压强、体积以及温度,分别经历等压、绝热过程又回到初始态。题目要求各位求出整个过程中气体对外所做的总功,这里显然是2个过程 。
02这两种题目首先要了解气体的变化过程,一般都画出P-V图来辅助,需要注明的是同在一条曲线上的反比例函数温度是相等的,即A与C两点的温度相等,就是那条等温线,距离远点越远温度越高。这样图中的AB表示等压膨胀,BC表示绝热降温过程,另外绝热曲线的倾斜程度比等温线的倾斜程度大。
03常见的四大类型是等温、等压、等容以及绝热过程,这里考察了3种,其中A、C都在一条等温线上,AB是等压过程,BC是绝热过程。根据热力学第一公式Q=△E+W,绝热过程Q=0,等温过程△E=0。
04题目让我们求2个过程的总功,一般大家的做法是先求AB过程气体所做的功,再加上BC过程气体所做的功就可以了。这里就这样来做,W=P△V,再根据图中蓝色的公式PV=vRT,将未知的体积转到已知的温度上,v是气体的摩尔数,即可求出AB段气体对外所做的功。
05现在求BC段气体对外做的功,根据热力学第一公式Q=△E+W,绝热过程Q=0,则气体所做的功W=-△E,内能△E的公式在图中的蓝色字体,R是常数8.31,i是该气体的自由度,由于是双原子分子自由度为5。
06总功直接把这两个过程中的W相加即可,因为功是标量。
07另外一种方法是要抓住A、C两点在同一个等温线上,也就是A、C两点的△E相等(因为内能是温度的函数),分别列出两个过程中的热力学第一定律的公式,则整个过程中气体对外所做的功就是Q1+Q2,又因为Q2是绝热过程为0,显然总功W=Q1,即可根据等压过程中Q的计算公式(图中蓝色字体)即可求出总功。
08【总结】做一题总结出一类题目
这个题目考的是总功,但是由于始末位置的温度相等就比特殊,有两种解法。
不管如何都要熟悉掌握4大过程中Q、W、△E的求法,可参照下图2。
特别提示
知识点请参看上图!
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