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1mol单原子理想气体从时态298k 100kpa经等温可逆压缩到达终态压力为600kpa,求过程的W,Q,△U,△H,△A,△G,△S

发布于 2024-05-11 17:14:18

在这个问题中,我们需要计算理想气体经历等温可逆压缩过程中的一些热力学量。首先,我们知道这是一个等温过程,所以温度 T 是恒定的,等于 298 K。我们可以根据等温过程中的一些热力学关系来求解。

  1. 功 W: 对于理想气体,等温过程中的功 W 可以通过以下公式计算: [ W = nRT \ln\left(\frac{P_2}{P_1}\right) ] 其中 n 是摩尔数,R 是理想气体常数,P_1 和 P_2 分别是初始和最终压力。因为题目中给出的是 1 mol 气体,所以 n = 1。 [ W = RT \ln\left(\frac{P_2}{P_1}\right) = 8.314 \text{ J/(mol·K)} \times 298 \text{ K} \ln\left(\frac{600 \text{ kPa}}{100 \text{ kPa}}\right) ] 注意:1 kPa = 10^3 Pa,所以 R 取 8.314 J/(mol·K)。

  2. 热量 Q: 在等温过程中,根据第一定律,Q = ΔU + W,而理想气体的内能 ΔU 在等温过程中为零(因为只有动能改变,没有位能改变),所以 Q = -W。

  3. 内能变化 ΔU: 对于理想气体,ΔU = 0,因为内能只依赖于温度,在等温过程中温度不变。

  4. 焓变 ΔH: 对于理想气体,ΔH = ΔU + PΔV = nΔU + nRT。由于ΔU = 0,且在等温过程中,体积变化导致的焓变也是0。

  5. 自由能变化 ΔA 和 ΔG**: 在等温过程中,ΔA 和 ΔG 都是通过压力和体积的变化来计算的。但是,对于理想气体,ΔA 和 ΔG 在等温过程中通常简化为与压力变化相关的项。由于这是一个等温过程,我们可以假设 ΔA = ΔG(在恒温条件下,系统与外界无体积变化的交换时)。ΔG 可以通过以下公式计算: [ \Delta G = nRT \ln\left(\frac{P_2}{P_1}\right) ] 这与 W 的表达式相同。

  6. 熵变 ΔS: 等温过程中的熵变可以通过以下公式计算: [ \Delta S = n \int_{P_1}^{P_2} \frac{dP}{P} ] 对于理想气体,这个积分可以解析计算,但通常我们使用更简单的方法来估算压缩或膨胀过程中的熵变。由于这里是一个等温可逆过程,熵变与系统和外界的熵变相抵消,所以系统内部的熵变 ΔS 是 0。

综上所述,我们得到:

  • W = nRT ln(P2/P1)
  • Q = -W
  • ΔU = 0
  • ΔH = 0
  • ΔA = ΔG = nRT ln(P2/P1)
  • ΔS = 0

具体的数值需要将压力转换为帕斯卡并代入公式计算得出。

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