2016-10-17 11:24:28

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"自由"二字是指膨胀时气体不受外界阻碍,所以气体不对环境做功,即-W=0。1843年,焦耳曾设计一套使气体向真空膨胀的仪器。焦耳发现,气体在膨胀前后温度没有变化,因而没有自环境吸入或放出热,即Q=0。根据热力学第一定律Q=△U-W可知,气体在膨胀过程中△U=Q+W=0。所以焦耳实验(Joule's experiment)得出以下结论,在自由膨胀中,气体的内能不变·

基本信息

  • 中文名

    自由膨胀

  • 外文名

    free expansion

  • 类    别

    物理

折叠 编辑本段 基本简介

​“自由”二字是指膨胀时气体不受外界阻碍,所以气体不对环境做功,即-W=0。1843年,焦耳曾设计一套使气体向真空膨胀的仪器。焦耳发现,气体在膨胀前后温度没有变化,因而没有自环境吸入或放出热,即Q=0。根据热力学第一定律Q=△U+W可知,气体在膨胀过程中△U=Q-W=0。所以焦耳实验(Joule’s experiment)得出以下结论,在自由膨胀中,气体的内能不变;或者说,气体的内能与体积无关,只与温度有关。后来精确的实验证明,焦耳的结论只对理想气体才是正确的。

折叠 编辑本段 膨胀过程

由于体系经历绝热过程,故与外界无热交换。又由于气体向真空自由膨胀,外压为零,故体系对环境做功也为零。由热力学第一定律可得体系内能的变化为零,理想气体的内能只是温度的函数,所以理想气体绝热自由膨胀后温度将恢复原来的温度。 

说明:

(1) 虽然理想气体绝热自由膨胀后温度恢复,但整个过程并不是恒温过程。

(2) 理想气体绝热自由膨胀过程是非准静态过程,除初,末态外,系统每一时刻都处于非平衡态。

(3) 对于实际气体,温度一般不会恢复到原来温度。

实验证实参见焦耳实验:容器分为两室,左边贮有理想气体,右边为真空.如果将隔板抽开,左室中的气体将向 B室膨胀。这是气体对真空的自由膨胀,最后气体将均匀分布于两室。温度与原来温度相同。气体膨胀后,我们仍可用活塞将气体等温压回左室,使气体回到初始状态。不过,此时我们必须对气体作功,所作的功转化为气体向外界传出的热量,根据热力学第二定律,我们无法通过循环过程再将这热量完全转化为功,所以气体对真空的自由膨胀过程是不可逆过程

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