关于在温度趋近于零时物质系统的性质说法错误的是()A. 相平衡曲线的斜率趋近于无穷大B. 系统的熵与压强无关C. 系统的热容量趋近于零D. 系统的熵与体积无关
A. 相平衡曲线的斜率趋近于无穷大
B. 系统的熵与压强无关
C. 系统的热容量趋近于零
D. 系统的熵与体积无关
题目解答
答案
解析
本题考查热力学第三定律以及相关热力学量在温度趋近于零时的性质。解题思路是根据热力学第三定律和相关热力学公式,对每个选项逐一进行分析判断。
选项A
根据克拉佩龙方程$\frac{dP}{dT}=\frac{\Delta S}{\Delta V}$,其中$\frac{dP}{dT}$是相平衡曲线的斜率,$\Delta S$是相变熵,$\Delta V$是相变体积变化。
由热力学第三定律可知,在温度趋近于零时,$\Delta S\to0$。
当$\Delta S\to0$时,$\frac{dP}{dT}=\frac{\Delta S}{\Delta V}\to0$(因为$\Delta V$一般不为零),而不是趋近于无穷大,所以选项A说法错误。
选项B
根据热力学基本方程$dU = TdS - PdV$,在等压条件下对温度$T$求偏导可得$(\frac{\partial U}{\partial T})_P=T(\frac{\partial S}{\partial T})_P - P(\frac{\partial V}{\partial T})_P$。
又因为$C_P = (\frac{\partial U}{\partial T})_P+P(\frac{\partial V}{\partial T})_P=T(\frac{\partial S}{\partial T})_P$,即$(\frac{\partial S}{\partial T})_P=\frac{C_P}{T}$。
在温度趋近于零时,根据热力学第三定律,系统的热容量$C_P\to0$,那么$(\frac{\partial S}{\partial T})_P\to0$。
再根据麦克斯韦关系$(\frac{\partial S}{\partial P})_T=-(\frac{\partial V}{\partial T})_P$,结合$(\frac{\partial S}{\partial T})_P\to0$,可以推出在温度趋近于零时,系统的熵与压强无关,选项B说法正确。
选项C
根据热力学第三定律,系统的热容量$C_V$和$C_P$在温度趋近于零时都趋近于零,即$\lim_{T\to0}C_V = 0$,$\lim_{T\to0}C_P = 0$,选项C说法正确。
选项D
同理,根据热力学基本方程和麦克斯韦关系,结合热力学第三定律,在温度趋近于零时,系统的熵与体积无关,选项D说法正确。