- 热力学第一定律
- 共1851题
一活塞在一次压缩过程中,系统内能增加600J,气体对外做功200J,求该过程中系统对外交换热量是多少?是吸热还是放热?
正确答案
解:对气体,此过程由热力学第一定律:
△E=Q+W
所以:Q=△E-W=600-(-200)=800J
所以,此过程吸收的热量为800J
答:该过程中系统对外交换热量是800J,是吸热.
解析
解:对气体,此过程由热力学第一定律:
△E=Q+W
所以:Q=△E-W=600-(-200)=800J
所以,此过程吸收的热量为800J
答:该过程中系统对外交换热量是800J,是吸热.
某同学家新买了一双门电冰箱,冷藏室容积107L,冷冻容积118L,假设室内空气为理想气体.
①若室内空气摩尔体积为22.5×10-3m3/mol,阿伏加德罗常数为6.0×1023个/mol,在家中关闭冰箱密封门后,电冰箱的冷藏室和冷冻室内大约共有多少个空气分子?
②若室内温度为27℃,大气压为1×105Pa,关闭冰箱密封门通电工作一段时间后,冷藏室内温度降为6℃,冷冻室温度降为-9℃,此时冷藏室与冷冻室中空气的压强差为多大?
③冰箱工作时把热量从温度较低的冰箱内部传到温度较高的冰箱外部,请分析说明这是否违背热力学第二定律.
正确答案
解:①分子个数:n=NA=
×6.0×1023=6.0×1024个;
②气体状态参量为:T1=273+27=300K,P1=1×105Pa,
T2=273+6=279K,P2=?,T3=273-9=264K,P3=?,
气体体积不变,根据查理定律得:=
=
,
代入数据解得:p2=9.3×104Pa,p3=8.8×104Pa,
压强差:△P=p2-p3=5×103Pa;
③由于热量从低温的冰箱内部传到温度较高的冰箱外部的同时,消耗了电能,不违背热力学第二定律.
答:①电冰箱的冷藏室和冷冻室内大约共有6.0×1024个空气分子;
②此时冷藏室与冷冻室中空气压强差为5×103Pa;
③不违背热力学第二定律,因为热量不是自发的由低温的冰箱内部向高温的冰箱外部传递的,且冰箱工作过程中要消耗电能.
解析
解:①分子个数:n=NA=
×6.0×1023=6.0×1024个;
②气体状态参量为:T1=273+27=300K,P1=1×105Pa,
T2=273+6=279K,P2=?,T3=273-9=264K,P3=?,
气体体积不变,根据查理定律得:=
=
,
代入数据解得:p2=9.3×104Pa,p3=8.8×104Pa,
压强差:△P=p2-p3=5×103Pa;
③由于热量从低温的冰箱内部传到温度较高的冰箱外部的同时,消耗了电能,不违背热力学第二定律.
答:①电冰箱的冷藏室和冷冻室内大约共有6.0×1024个空气分子;
②此时冷藏室与冷冻室中空气压强差为5×103Pa;
③不违背热力学第二定律,因为热量不是自发的由低温的冰箱内部向高温的冰箱外部传递的,且冰箱工作过程中要消耗电能.
选修3-31 在某地煤矿坑道抢险中,急需将某氧气瓶中的氧气分装到每个小氧气袋中,已知该氧气瓶容积为25升,内部压强为4.0×l05Pa,分装好的氧气袋中压强为1.0×l05Pa分装过程中气体温度保持不变,氧气可视为理想气体,假设能将瓶中氧气全部分装刭各氧气袋中而不剩余,并且各氧气袋的压强刚好达到要求.
①分装氧气过程中,已知外界对氧气做功2.0×l04J,分析该过程氧气吸放热情况及多少.
②求分装后氧气的总体积.
③请在答题纸上作出该过程的图.
正确答案
解:(1)因分装氧气过程中温度不变,则内能不变,即△U=0,外界对气体做功W=2.0×104J;
由热力学第一定律可得:
△U=W+Q
解得Q=-W=-2.0×104J,负号表示氧气放出热量;
即气体放出2.0×104J的热量;
(2)分装前P1=4.0×l05Pa;V=25L
分装后P2=1.0×l05Pa;
则由玻意耳定律得:P1V1=P2V2
解得V2=100L;
分装后的总体积为100L;
(3)以P为纵坐标,为横坐标作出直角坐标系,因温度不变,P=
,
解析
解:(1)因分装氧气过程中温度不变,则内能不变,即△U=0,外界对气体做功W=2.0×104J;
由热力学第一定律可得:
△U=W+Q
解得Q=-W=-2.0×104J,负号表示氧气放出热量;
即气体放出2.0×104J的热量;
(2)分装前P1=4.0×l05Pa;V=25L
分装后P2=1.0×l05Pa;
则由玻意耳定律得:P1V1=P2V2
解得V2=100L;
分装后的总体积为100L;
(3)以P为纵坐标,为横坐标作出直角坐标系,因温度不变,P=
,
一气缸内封闭了一定量的气体,在活塞移动过程中气体从外界吸收了2.6×105 J的热量,内能增加了4.2×105 J,则______ (填“气体对外界”或“外界对气体”)做了功,做功为______J.
正确答案
解:由热力学第一定律得:△U=W+Q,
得W=△U-Q=4.2×105J-2.6×105J=1.6×105J,
外界对气体做了1.6×105J的功;
故答案为:外界对气体,1.6×105.
解析
解:由热力学第一定律得:△U=W+Q,
得W=△U-Q=4.2×105J-2.6×105J=1.6×105J,
外界对气体做了1.6×105J的功;
故答案为:外界对气体,1.6×105.
某柴油机压缩冲程中,活塞对气体做功1.6×103J,由于时间很短,散热可以不计,则气体的内能增加多少?
温度升高后,达到柴油燃点,“点燃”柴油,柴油燃烧过程放出的能量为4.2×103J,使气体达到5×106Pa的高压,排量为2升的高压气体对活塞做功为2.0×103J,则废气带走的能量为多少?
正确答案
解:由公式△U=Q+W=0+1.6×103J=1.6×103J,
同理;Q=△U-W=4.2×103J-22.0×103J=2×103J
答:活塞对气体做功1.6×103J,由于时间很短,散热可以不计,则气体的内能增加1.6×103J,
废气带走的能量为2×103J.
解析
解:由公式△U=Q+W=0+1.6×103J=1.6×103J,
同理;Q=△U-W=4.2×103J-22.0×103J=2×103J
答:活塞对气体做功1.6×103J,由于时间很短,散热可以不计,则气体的内能增加1.6×103J,
废气带走的能量为2×103J.
一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量,内能增加了4.2×105J.
问:①是气体对外界做了功,还是外界对气体做了功?做了多少焦耳的功?
②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变,但是内能只增加了1.6×105J,这一过程做功情况怎样?
正确答案
解:由热力学第一定律可知:
△U=W+Q;
则解得:W=4.2×105J-2.6×105J=1.6×105J;外界对气体做功;
同理解得:W′=1.6×105J-2.6×105J=-1.0×105J;
负号表示气体对外界做功;
答:①是外界对气体做了功,做了1.6×105J焦耳的功
②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变,但是内能只增加了1.6×105J,这一过程气体对外界做功为1.0×105J.
解析
解:由热力学第一定律可知:
△U=W+Q;
则解得:W=4.2×105J-2.6×105J=1.6×105J;外界对气体做功;
同理解得:W′=1.6×105J-2.6×105J=-1.0×105J;
负号表示气体对外界做功;
答:①是外界对气体做了功,做了1.6×105J焦耳的功
②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变,但是内能只增加了1.6×105J,这一过程气体对外界做功为1.0×105J.
小刚同学为了表演“轻功”,用打气筒给4只相同的气球充以相等质量的空气(可视为理想气体),然后将它们放置在水平木板上,再在气球的上方平放一块轻质塑料板,如图所示.小刚同学慢慢站上轻质塑料板中间位置的过程中,气球一直没有破裂.球内气体温度可视为不变.
(1)(不定项选择)下列说法正确的是______.
A.气球内气体的压强是由于气体重力而产生的
B.由于小刚同学压迫气球.球内气体分子间表现为斥力
C.气球内气体分子平均动能不变
D.气球内气体的体积是所有气体分子的体积之和
(2)表演过程中,外界对球内气体共做了4J的功,此过程中气球______(填“吸收”或“放出”)的热量是______J.若小强同学代替小刚表演时,某气球突然爆炸,则该气球内的气体内能______(填“增加”或“减少”),温度______(填“升高”或“降低”).
正确答案
解:(1)A、由于大量分子都在不停地做无规则热运动,与器壁频繁碰撞,使器壁受到一个平均持续的冲力,致使气体对器壁产生一定的压强,气体压强不是由于气体重力产生的,故A错误;
B、小刚同学压迫气球,但是气体分之间的距离还是很大,气体分子间表现为引力,分子间作力没有表现为斥力,故B错误.
C、球内气体温度可视为不变,所以气球内气体分子平均动能不变.故C正确.
D、气体分子间的空隙很大,所以气球内气体的体积远大于所有气体分子的体积之和,故D错误.
故选:C
(2)表演过程中,球内气体温度可视为不变,说明球内气体内能不变,即△U=0,
对球内气体共做了4J的功,即W=4J,所以此过程中Q=-4J,即气球放出的热量是4J,若某气球突然爆炸,气体对外做功,瞬间无热传递,则该气球内的气体内能减少,温度降低.
故答案为:(1)C (2)放出,4,减少,降低
解析
解:(1)A、由于大量分子都在不停地做无规则热运动,与器壁频繁碰撞,使器壁受到一个平均持续的冲力,致使气体对器壁产生一定的压强,气体压强不是由于气体重力产生的,故A错误;
B、小刚同学压迫气球,但是气体分之间的距离还是很大,气体分子间表现为引力,分子间作力没有表现为斥力,故B错误.
C、球内气体温度可视为不变,所以气球内气体分子平均动能不变.故C正确.
D、气体分子间的空隙很大,所以气球内气体的体积远大于所有气体分子的体积之和,故D错误.
故选:C
(2)表演过程中,球内气体温度可视为不变,说明球内气体内能不变,即△U=0,
对球内气体共做了4J的功,即W=4J,所以此过程中Q=-4J,即气球放出的热量是4J,若某气球突然爆炸,气体对外做功,瞬间无热传递,则该气球内的气体内能减少,温度降低.
故答案为:(1)C (2)放出,4,减少,降低
如图甲所示,将封有一定质量空气的密闭塑料袋从海拔500m、气温为18℃的山脚下带到海拔3200m、气温为10℃的山顶上,情形如图乙所示.图______(选填“甲”或“乙”)中袋中气体分子平均动能大.从甲图到乙图过程中,袋内气体减小的内能______(选填“大于”、“等于”或“小于”)气体放出的热量.
正确答案
解:由图可知,将封有一定质量空气的密闭塑料袋(甲)从山底移动到山顶时(乙),气体的体积增大,温度是分子平均动能的标志,由于山顶温度低,因此分子平均动能小,山底的塑料袋中分子平均动能高于山顶的,即甲中气体分子平均动能大;从甲到乙过程中,温度降低,内能减小,体积增大,气体对外做功,由△U=E+Q可知,气体内能内能减小大于气体放出的热量.
故答案为:甲,大于.
解析
解:由图可知,将封有一定质量空气的密闭塑料袋(甲)从山底移动到山顶时(乙),气体的体积增大,温度是分子平均动能的标志,由于山顶温度低,因此分子平均动能小,山底的塑料袋中分子平均动能高于山顶的,即甲中气体分子平均动能大;从甲到乙过程中,温度降低,内能减小,体积增大,气体对外做功,由△U=E+Q可知,气体内能内能减小大于气体放出的热量.
故答案为:甲,大于.
一定质量的理想气体在某一过程中,外界对气体做功7.0×104J,气体内能减少1.3×105J,此过程中
(1)气体从外界吸热还是对外放热?
(2)求吸收或者放出的热量为多少?
正确答案
解:由热力学第一定律可得:Q=△U-W=-1.3×105J-7.0×104J=-2×105J,气体向外放出的热量为2×105J;
答:(1)气体对外放热
(2)放出的热量为2×105J
解析
解:由热力学第一定律可得:Q=△U-W=-1.3×105J-7.0×104J=-2×105J,气体向外放出的热量为2×105J;
答:(1)气体对外放热
(2)放出的热量为2×105J
(1)一定质量的理想气体,从状态A变化到状态B,其压强p和温度T的关系如图所示,
则理想气体的分子平均动能______(填“增大”或“减小”).若此过程中气体的内
能变化1.2×105J,气体对外做功1.0×105,则气体______热(填“吸”或“放”)______J.
(2)体积为V的纯油酸在水面上完全散开的面积为S,则油酸分子直径为______;
若油酸的摩尔质量为M,密度为p,则阿伏伽德罗常数NA=______.(球的体
积V与直径D的关系为)
正确答案
解:(1)由图象知气体的温度增加,分子的平均动能增大,内能升高,由热力学第一定律公式:△U=Q+W,知Q=△U-W=1.2×105+1.0×105=2.2×105J,即吸收热量.
(2)体积为V的纯油酸在水面上完全散开的面积为S,则油酸分子直径为d=,把油酸分子看成立球体,则有:NA•
代入解得:NA=
故答案为:增大,吸,2.2×105,,
解析
解:(1)由图象知气体的温度增加,分子的平均动能增大,内能升高,由热力学第一定律公式:△U=Q+W,知Q=△U-W=1.2×105+1.0×105=2.2×105J,即吸收热量.
(2)体积为V的纯油酸在水面上完全散开的面积为S,则油酸分子直径为d=,把油酸分子看成立球体,则有:NA•
代入解得:NA=
故答案为:增大,吸,2.2×105,,
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