题目

绝热自由膨胀一定是向真空吗?

提问时间：2021-03-19

答案

气体向真空膨胀的过程
　　“自由”二字是指膨胀时气体不受外界阻碍,所以气体不对环境做功,即-W=0.1843年,焦耳曾设计一套使气体向真空膨胀的仪器.焦耳发现,气体在膨胀前后温度没有变化,因而没有自环境吸入或放出热,即Q=0.根据热力学第一定律Q=△U+W可知,气体在膨胀过程中△U=Q-W=0.所以焦耳实验(Joule’s experiment)得出以下结论,在自由膨胀中,气体的内能不变；或者说,气体的内能与体积无关,只与温度有关.后来精确的实验证明,焦耳的结论只对理想气体才是正确的.
理想气体绝热自由膨胀过程（非准静态过程）
　　由热力学第一定律：由于为绝热过程 ,又由于气体向真空自由膨胀,即不受阻碍,所以 对于理想气体内能只是温度的函数：所以 即理想气体绝热自由膨胀后温度将恢复原来的温度说明：
（1） 虽然理想气体绝热自由膨胀后温度恢复,但整个过程并不是等温过程.
（2） 理想气体绝热自由膨胀过程是非准静态过程,除初,末态外,系统每一时刻都处于非平衡态.
（3） 对于实际气体,温度一般不会恢复到原来温度.
容器分为两室,左边贮有理想气体,右边为真空．如果将隔板抽开,左室中的气体将向 B室膨胀.这是气体对真空的自由膨胀,最后气体将均匀分布于两室.温度与原来温度相同.气体膨胀后,我们仍可用活塞将气体等温压回左室,使气体回到初始状态.不过,此时我们必须对气体作功,所作的功转化为气体向外界传出的热量,根据热力学第二定律,我们无法通过循环过程再将这热量完全转化为功,所以气体对真空的自由膨胀过程是不可逆过程.