如何判断一定质量理想气体的吸热放热情况

于丽丽

理想气体实验定律及热力学定律，是高中物理选修3-3中考查重点。而理想气体在等温、等压、等容、绝热过程中吸热放热的判断，也在近年考题中频繁出现。本文讨论理想气体吸热放热情况。

理想气体不计分子间的相互作用力，所以，一定质量的理想气体内能只由温度决定。解决这一问题，要用热力学第一定律：外界对物体做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和等于物体内能的增量ΔU。表达式为ΔU=W+Q。解题思路：①先判断热力学第一定律中等式左边内能的变化情况。由于一定质量理想气体内能只由温度决定，所以气体温度升高，则内能增加ΔU>0；温度降低，则内能减少ΔU<0。②等式右边的做功情况通过体积V来判断。气体体积变大，则气体对外界做功W<0；体积变小，则外界对气体做功W>0。③最后由热力学第一定律ΔU=W+Q判断吸热放热情况，其中Q>0为吸热，Q<0为放热。下面，通过三道例题分别阐述一定量理想气体在等温、等压、等容变化过程中的吸热放热情况。

情况一：等温变化。例1：一太阳能空气集热器如图1，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为P0。经过太阳曝晒，气体温度由T0=300K升至T1=350K。保持T1=350K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到P0。判断在抽气过程中气体是吸热还是放热，并简述原因。

答案：气体吸热。解析：①先判断内能的变化情况，抽气过程气体温度不变，故内能不变ΔU=0。②抽气过程气体体积变大，对外界做功W<0。③由热力学第一定律ΔU=W+Q，判断Q>0为吸热。

情况二：等压变化。例2：一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C.其状态变化过程的p-V图像如图2。判断气体从状态B到状态C的过程中是吸热还是放热？

答案：吸热。解析：①先判断内能的变化情况。B到C过程等压变化，遵从盖-吕萨克定律=。VC>VB，故TC>TB，气体内能增加ΔU>0。②B到C过程气体体积变大，对外界做功W<0。③由热力学第一定律ΔU=W+Q，判断Q>0为吸热。

情况三：等容变化。例3：气体温度计结构如图3。玻璃测温泡A内充有理想气体，通过细玻璃管B和水银压强计相连。开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O点处，右管D中水银面高出O点h1=14cm。后将A放入待测恒温槽中，上下移动D，使C中水银面仍在O点处，测得D中水银面高出O点h2=44cm。（已知外界大气压为1个标准大气压，1个标准大气压相当于76cmHg） 。此过程A内气体内能是“增大”还是“减小”？气体将“吸热”还是“放热”？

答案：增大、吸热。解析：①先判断内能变化情况。气体做等容变化，遵从查理定律=。由于P2>P1，故T2>T1，温度升高，气体内能增大ΔU>0。②体积不变，做功W=0。③由热力学第一定律ΔU=W+Q，判断Q>0为吸热。

这类问题考查热力学定律，同时也考查理想气体实验定律，是综合性较强难度较高的题型，解题中思路清晰非常重要。

（云南省曲靖市富源县胜境中学）