EJU 2008 年第 1 回 物理 第 10 题

考点
热与功·热力学第一定律
领域
热学
难度
简单
标准答案
③

解析摘要

标准解析

守恒整体内能而非各自过程公式

把两个容器及细管中的气体合为一个系统。外壁绝热,整体没有向外吸放热;容器外边界固定,没有对外体积功,所以总内能守恒。容器间气体流动的相互作用属于系统内部,不能当作总外功。

单原子理想气体 U=3nRT/2=3pV/2U=3nRT/2=3pV/2,初总内能为 Ui=32(pAVA+pBVB)U_i=\frac32(p_AV_A+p_BV_B)。末态压强统一为p,总容积VA+VB,故 Uf=32p(VA+VB)U_f=\frac32p(V_A+V_B)。

令初末相等,3/2约去,得到 p=(pAVA+pBVB)/(VA+VB)p=(p_AV_A+p_BV_B)/(V_A+V_B)。这是容积加权,不必假设初始温度相等,也不必分别求两个容器的物质的量。

若初压相同,公式保持同一压强;若两容积相同,才化为两初压的算术平均。总内能虽守恒,混合过程并非每份气体都沿准静态可逆绝热路径变化,不能擅自对每一份套pV的幂次定律。

原来的两个容器并不是各自封闭不交换粒子的系统,阀打开后气体跨过内部边界,所以应选总气体作守恒对象。总外边界没有移动,不代表两侧内部没有膨胀或压缩,而是内部能量转移不能改变总账。细管体积按图示细管模型忽略,末总容积才是VA+VB;不应把容器串联误作体积相乘或只取一个容器。

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