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(23分)有一带活塞的气缸,如图1所示。缸内盛有一定质量的气体。缸内还有一可随轴转动的叶片,转轴伸到气缸外,外界可使轴和叶片一起转动,叶片和轴以及气缸壁和活塞都是绝热的,它们的热容量都不计。轴穿过气缸处不漏气。
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图1
如果叶片和轴不转动,而令活塞缓慢移动,则在这种过程中,由实验测得,气体的压强
和体积
遵从以下的过程方程式
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其中
,
均为常量,
>1(其值已知)。可以由上式导出,在此过程中外界对气体做的功为
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式中
和
,分别表示末态和初态的体积。
如果保持活塞固定不动,而使叶片以角速度
做匀角速转动,已知在这种过程中,气体的压强的改变量
和经过的时间
遵从以
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图2
下的关系式
式中
为气体的体积,
表示气体对叶片阻力的力矩的大小。
上面并没有说气体是理想气体,现要求你不用理想气体的状态方程和理想气体的内能只与温度有关的知识,求出图2中气体原来所处的状态
与另一已知状态
之间的内能之差(结果要用状态
、
的压强
、
和体积
、
及常量
表示)
如图预16-3所示,两个截面相同的圆柱形容器,右边容器高为
,上端封闭,左边容器上端是一个可以在容器内无摩擦滑动的活塞。两容器由装有阀门的极细管道相连通,容器、活塞和细管都是绝热的。开始时,阀门关闭,左边容器中装有热力学温度为
的单原子理想气体,平衡时活塞到容器底的距离为
,右边容器内为真空。现将阀门缓慢打开,活塞便缓慢下降,直至系统达到平衡。求此时左边容器中活塞的高度和缸内气体的温度。
提示:一摩尔单原子理想气体的内能为
,其中
为摩尔气体常量,
为气体的热力学温度。
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(23分)有一带活塞的气缸,如图所示。缸内盛有一定质量的气体。缸内还有一可随轴转动的叶片,转轴伸到气缸外,外界可使轴和叶片一起转动,叶片和轴以及气缸壁和活塞都是绝热的,它们的热容量都不计。轴穿过气缸处不漏气。
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如果叶片和轴不转动,而令活塞缓慢移动,则在这种过程中,由实验测得,气体的压强
和体积
遵从以下的过程方程式
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其中
,
均为常量,
>1(其值已知)。可以由上式导出,在此过程中外界对气体做的功为
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式中
和
,分别表示末态和初态的体积。
如果保持活塞固定不动,而使叶片以角速度
做匀角速转动,已知在这种过程中,气体的压强的改变量
和经过的时间
遵从以下的关系式
式中
为气体的体积,
表示气体对叶片阻力的力矩的大小。
上面并没有说气体是理想气体,现要求你不用理想气体的状态方程和理想气体的内能只与温度有关的知识,求出图中气体原来所处的状态
与另一已知状态
之间的内能之差(结果要用状态
、
的压强
、
和体积
、
及常量
表示)
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