Question

理想气体绝热膨胀，内能一定改变吗？是不是“一定”，如果一定的话，那么向真空膨胀呢？

Answer 1

理想气体绝热膨胀内能未必改变。若在真空中绝热膨胀则既无热传递又不对外做功，由热力学第一定律得理想气体内能不变；若在介质中绝热膨胀则对外做功但无热传递，由热力学第一定律得理想气体内能减小。

追问

膨胀和自由膨胀有区别吗

追答

有区别，自由膨胀是一种特殊的膨胀，即向真空的膨胀。

Answer 2

现在对象是理想气体，理想气体不计分子势能，其内能由温度决定。绝热，就是不与外界进行热交换，绝热膨胀，你可以简单理解为它对外做功了，而且又不能从外界吸热，当然内能减小。但在真空中不同，气体虽膨胀，压强要减小，但并不对外做功，因为真空中不像空气中的容器受大气压力作用，真空中容器外表面不受力作用，气体膨胀时自然不会克服外界力做功，在空气中膨胀就是因为要克服大气压力做负功才使内能减小，所以温度自然不变，内能也不变。

Answer 3

一定，由于是理想气体分子间势能为零，内能等于所有分子的动能加上势能，温度升高分子平均动能增加，相比之下所有分子动能增加，因而内能一定增加。在真空中也类似。

Answer 4

既然是绝热，那就是跟外界没有热交换。气体的内能是由温度决定的。向真空膨胀，不对外做功，温度不变，内能不变；而如果外界有气体，那就要对外做功，根据热力学第一定律，内能要减小。

Answer 5

理想气体的绝热膨胀不一定改变内能，关键是要看膨胀过程中是否对外做功，向真空的自由扩散是不改变内能的。