Question

理想气体的真空自由膨胀是否会降低气体温度？

Answer 1

理想气体的真空自由膨胀的过程是一种不可逆的热力学过程，理想气体过程中气体在一个绝热的系统膨胀，外界和系统之间没有功和热的交换。

理想气体向真空膨胀，温度不发生变化，真实气体向真空膨胀，温度一定降低。

1、 理想气体经过恒容无非体积功的过程，有ΔH = nCp,mΔT。(假设Cp,m是常数)

2、 理想气体经过恒容且非体积功为W’'的过程，有dU=nCV,mdT + W’’ (假设CV,m是常数）

自由膨胀，默认是绝热环境。因为如果不绝热，达到平衡时体系和环境温度必然相等，问体系的温度怎么变就没有意义了。当然，如果问题明确说明“绝热向真空膨胀”，表述更加严格。

自由膨胀即反抗真空膨胀，W=0。绝热过程Q=0。所以根据热力学第一定律，气体的ΔU=0。以上结论，不管气体是理想气体还是真实气体，均成立。如果气体为理想气体，热力学能只和温度有关，则气体的温度不变。

相关说明

理想气体（ideal gas） 研究气体性质的一个物理模型。

从微观上看，理想气体的分子有质量，无体积，是质点；每个分子在气体中的运动是独立的，与其他分子无相互作用，碰到容器器壁之前作匀速直线运动；理想气体分子只与器壁发生碰撞，碰撞过程中气体分子在单位时间里施加于器壁单位面积冲量的统计平均值，宏观上表现为气体的压强。

从宏观上看.理想气体是一种无限稀薄的气体，它遵从理想气体状态方程和焦耳内能定律。