热力学公式是大学物理学中关于热力学的基本公式和定理,包括以下几种:
1. 热力学第一定律,也称能量守恒定律:ΔU = Q + W。该定律表明,一个系统的内能的变化量等于该系统从外界吸收的热量与外界对它做的功之和。
2. 热力学第二定律:这是关于热现象的不可逆性的定律,其表述方式很多。其中之一是克劳修斯表述,即热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。另一种表述是开尔文-普朗克表述,不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。
3. 熵增原理:在封闭系统中,系统朝着熵增加的方向变化,这意味着系统总是朝着混乱程度增加的方向变化。
4. 理想气体的性质和公式:理想气体状态方程为PV=nRT,该公式表明,理想气体的压强、体积、质量和温度之间存在关系。
此外,还有焓、内能、热容、潜热等热力学函数及其计算公式。这些公式和定理是大学物理学中热力学部分的重要内容。
问题:一个容积为1升的真空密闭容器中,初始温度为25℃,压力为101kPa。现在,向容器中注入1克氢气,并保持温度不变。求容器内的压力在3秒后是多少?
解答:
首先,我们需要根据理想气体状态方程PV=nRT,其中P为压力,V为体积,n为摩尔数(对于氢气,n=m/M=1克/2g/mol=0.5摩尔),R为气体常数。
已知初始条件:温度T1 = 25℃,压力P1 = 101kPa,容积V1 = 1升,气体摩尔数n1 = 0.5摩尔。
注入氢气后,新的状态需要我们来求。已知注入氢气的质量m = 1克,容积V2 = 1升,时间t = 3秒。由于温度不变,所以有T2 = T1。
代入公式PV=nRT,可得P2 = nRT / V = 0.5 × 8.314 × (273.15 + 25) / 1 = 136 kPa。
所以,容器内的压力在3秒后会变成136 kPa。
希望这个例子能够帮助你理解热力学公式在大学物理中的应用!