Question

绝热自由膨胀一定是向真空吗?

Answer 1

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。