题目内容

【题目】如图所示,一排球球内气体的压强为p0 ,体积为V0 ,温度为T0 ,用大气筒对排球冲入压强为p0 ,温度为T0的气体,使球内气体压强变为3 p0 ,同时温度升至2 T0 ,充气过程中气体向外放出Q的热量,假设排球体积不变,气体内能U与温度的关系为U=kT (k为正常数),求:

(i)打气筒对排球充入压强为p0,温度为T0的气体的体积;

(ii)打气筒对排球充气过程中打气筒对气体做的功。

【答案】(i) V=0.5V0(ii) W=Q+kT0

【解析】

(i)打气筒对排球充入压强为p0、温度为T0的气体的体积为V,以排球内气体与充入的气体整体为研究对象。

气体的初状态参量:p1=p0;V1=V0+V;T1=T0

气体的末状态参量:p2=3p0;V2=V0;T2=2T0

根据理想气体状态方程得:

代入解得:

V=0.5V0

(ii)因为气体内能U与温度的关系为U=kT

所以打气过程内能变化:

△U=k(2T0T0)=kT0

由热力学第一定律得:

△U=W+(Q)

解得打气筒对气体做的功:

W=Q+kT0

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