大学物理热力学题有一种气体,相同的摩尔数,体积,温度,现在用绝热和等温过程使这种气体膨胀到相同体积,两过程中哪个做功多?求详解绝热过程做功多 让人百思不得其解

问题描述:

大学物理热力学题
有一种气体,相同的摩尔数,体积,温度,现在用绝热和等温过程使这种气体膨胀到相同体积,两过程中哪个做功多?求详解
绝热过程做功多 让人百思不得其解

此题的出题有问题,可以相等。
如果没有非体积功,进行恒外压的绝热和等温膨胀,如气体气压比大气大的情况下在大气下绝热和等温膨胀,则p外=常熟,根据公式W=-∫p外dV,对外做体积功一样多。
如果没有非体积功,进行可逆的绝热和等温膨胀,设想外压比内压小一个无穷小,然后进行绝热和等温膨胀过程,根据公式W=-∫p外dV,对于等温过程pv=nRT, 代入后得W=-p*v*ln(V1/V2),但是对于绝热过程,推导必须引入Cp/Cv=r,W=-1/(r-1)*(p2V2-p1V1),具体的计算需要有讨论,两者体积功可能相等或不等。

楼主所说的“功”不详,因而不能确定,下面的讨论,以供楼主参考。
1、膨胀功——等温大
显然,在初始条件相同的情况下,等温膨胀所做的膨胀功,一定大于绝热膨胀所做的膨胀功。
因为,初始点相同,则在膨胀过程中,等温线始终都在绝热线的上方,即终止在相同的比体积下,始终都是等温膨胀下的压力都要高于绝热膨胀下的压力。那么,根据膨胀功的含意(即w=∫pdv)可知,w等温>w绝热。
2、技术功——无法判断
按照技术功的含意(在 pv 图上的面积,是向 p 轴投影),二者大小并不十分明确,楼主可以自己画下图,就十分明白了。
再者,根据二者的计算公式,仍不能证明二者大小问题,因为这既与绝热指数 k 的大小密切相关,也与膨胀的程度(即 v2/v1 的大小)有关,可能还与初始点相关。二者的计算公式如下:
等温膨胀技术功:wt=RgT1ln(v2/v1)
绝热膨胀技术功:wt=kRgT1/(k-1)×[1-(v1/v2)^(k-1)]
按照这个公式,给定初始点后,可能会存在一个 v2' ,当膨胀体积小于v2'时,等温膨胀技术功要大;但当膨胀体积超过v2'时,绝热膨胀技术功要大。

绝热膨胀过程,和外界没有热交换,对外做功,则内能减小,温度降低,压强减小,做功F=∫PdV,所以显然等温过程对外做功多.