如何判斷一定質(zhì)量理想氣體的吸熱放熱情況

于麗麗

理想氣體實驗定律及熱力學(xué)定律，是高中物理選修3-3中考查重點。而理想氣體在等溫、等壓、等容、絕熱過程中吸熱放熱的判斷，也在近年考題中頻繁出現(xiàn)。本文討論理想氣體吸熱放熱情況。

理想氣體不計分子間的相互作用力，所以，一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能只由溫度決定。解決這一問題，要用熱力學(xué)第一定律：外界對物體做的功W與物體從外界吸收的熱量Q之和等于物體內(nèi)能的增量ΔU。表達(dá)式為ΔU=W+Q。解題思路：①先判斷熱力學(xué)第一定律中等式左邊內(nèi)能的變化情況。由于一定質(zhì)量理想氣體內(nèi)能只由溫度決定，所以氣體溫度升高，則內(nèi)能增加ΔU>0；溫度降低，則內(nèi)能減少ΔU<0。②等式右邊的做功情況通過體積V來判斷。氣體體積變大，則氣體對外界做功W<0；體積變小，則外界對氣體做功W>0。③最后由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q判斷吸熱放熱情況，其中Q>0為吸熱，Q<0為放熱。下面，通過三道例題分別闡述一定量理想氣體在等溫、等壓、等容變化過程中的吸熱放熱情況。

情況一：等溫變化。例1：一太陽能空氣集熱器如圖1，底面及側(cè)面為隔熱材料，頂面為透明玻璃板，集熱器容積為V0，開始時內(nèi)部封閉氣體的壓強為P0。經(jīng)過太陽曝曬，氣體溫度由T0=300K升至T1=350K。保持T1=350K不變，緩慢抽出部分氣體，使氣體壓強再變回到P0。判斷在抽氣過程中氣體是吸熱還是放熱，并簡述原因。

答案：氣體吸熱。解析：①先判斷內(nèi)能的變化情況，抽氣過程氣體溫度不變，故內(nèi)能不變ΔU=0。②抽氣過程氣體體積變大，對外界做功W<0。③由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q，判斷Q>0為吸熱。

情況二：等壓變化。例2：一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，再變化到狀態(tài)C.其狀態(tài)變化過程的p-V圖像如圖2。判斷氣體從狀態(tài)B到狀態(tài)C的過程中是吸熱還是放熱？

答案：吸熱。解析：①先判斷內(nèi)能的變化情況。B到C過程等壓變化，遵從蓋-呂薩克定律=。VC>VB，故TC>TB，氣體內(nèi)能增加ΔU>0。②B到C過程氣體體積變大，對外界做功W<0。③由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q，判斷Q>0為吸熱。

情況三：等容變化。例3：氣體溫度計結(jié)構(gòu)如圖3。玻璃測溫泡A內(nèi)充有理想氣體，通過細(xì)玻璃管B和水銀壓強計相連。開始時A處于冰水混合物中，左管C中水銀面在O點處，右管D中水銀面高出O點h1=14cm。后將A放入待測恒溫槽中，上下移動D，使C中水銀面仍在O點處，測得D中水銀面高出O點h2=44cm。（已知外界大氣壓為1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相當(dāng)于76cmHg） 。此過程A內(nèi)氣體內(nèi)能是“增大”還是“減小”？氣體將“吸熱”還是“放熱”？

答案：增大、吸熱。解析：①先判斷內(nèi)能變化情況。氣體做等容變化，遵從查理定律=。由于P2>P1，故T2>T1，溫度升高，氣體內(nèi)能增大ΔU>0。②體積不變，做功W=0。③由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q，判斷Q>0為吸熱。

這類問題考查熱力學(xué)定律，同時也考查理想氣體實驗定律，是綜合性較強難度較高的題型，解題中思路清晰非常重要。

（云南省曲靖市富源縣勝境中學(xué)）