9.在273K和500kPa条件下,2L的双原子理想气体系统以下述两个过程等温膨胀至压?

如题所述

气体系统在273K和500kPa条件下,体积为2L,是一个双原子理想气体。现在考虑两个过程:

    等温膨胀至压力为1.5倍的500kPa,求气体的最终体积和对外做功。

    等温膨胀至压力为1.5倍的500kPa,再等压升温至800K,求气体的最终体积和对外做功。
    对于等温膨胀过程,由于气体是理想气体,所以可以使用理想气体状态方程 PV=nRT 来计算。在等温过程中,温度不变,所以可以将方程改写为 P1V1=P2V2,其中P1=500kPa,V1=2L,P2=1.5P1=750kPa,代入计算可得V2=1.33L。根据热力学第一定律,气体的对外做功为 W=nRTln(V2/V1)。将已知量代入计算可得 W=-1.96kJ。
    对于等温膨胀和等压升温的过程,可以使用热力学第一定律和理想气体状态方程来计算。在等温膨胀过程中,根据上述计算可知气体的体积变为1.33L,此时气体的压强为750kPa,温度为273K。在等压升温过程中,气体的压强保持不变,为750kPa,温度升高至800K,此时可以使用理想气体状态方程计算气体的体积为 V=nRT/P=2.73L。根据热力学第一定律,气体的对外做功为 W=nCvΔT,其中Cv为气体的定容摩尔热容,对于双原子理想气体,Cv=5/2R。代入计算可得 W=-8.33kJ。
    因此,在等温膨胀至压力为1.5倍的500kPa的过程中,气体的最终体积为1.33L,对外做功为-1.96kJ;在等温膨胀和等压升温的过程中,气体的最终体积为2.73L,对外做功为-8.33kJ。

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