大学物理热学公式包括以下几个部分:
1. 温度:理想气体分子平均平动动能与热力学温度成正比。表达式为:$\frac{1}{2}mv² = CkT$,其中C为常数,m为分子质量,v为分子平动速度,T为热力学温度。
2. 热容:气体比热容是温度函数的函数,与体积变化无关。对于理想气体,热容为Cv=3/2nkT,其中n为摩尔数,k为玻尔兹曼常数。
3. 热力学第一定律:内能的变化等于吸热与外界对它做功之和。表达式为ΔU=Q+W。
4. 热力学第二定律:热力学第二定律的表达式有几种不同的表述方法,如克劳修斯表述和开尔文-普朗克表述。
此外,还有熵增原理、熵、克拉珀龙方程等热学公式。具体公式的使用需要根据题目要求和定义进行理解和应用。
题目:一理想气体在恒压条件下经历等温变化,初始温度为T1,最终温度为T2。求气体在变化过程中的吸热Q和做功W。
解:根据热力学第一定律,有
ΔU = Q + W
其中,ΔU为系统内能的变化量,Q为气体吸收的热量,W为气体对外界做的功。
对于恒压过程,有
P不变,V随温度变化
因此,气体膨胀或收缩对外做的功为
W = -PΔV
其中,ΔV为气体体积的变化量。
对于等温变化,有
ΔV = V2 - V1 = nR(T2 - T1)
其中,n为气体分子数密度,R为气体常数。
因此,有
Q = ΔU - W = nCp(T2 - T1) - nPR(T2 - T1) = nCpΔT
其中,Cp为气体的定压热容。
假设初始状态为V1、T1,最终状态为V2、T2,则有
V2 = V1 + nR(T2 - T1)
V1 = V2 - nR(T2 - T1)
代入上式可得
Q = Cp(T2 - T1)
W = 0
综上所述,气体在恒压条件下经历等温变化时,吸热Q为nCp(T2 - T1),不做功W为0。