Адиабатическое расширение идеального газа в вакуум

Пусть вначале идеальный газ занимал объем V1, а после свободного расширения — объем V2. Система предполагается изолированной. Так как работа не совершается и тепло не поступает, то внутренняя энергия газа и, следовательно, его температура не меняются. Тогда изменение энтропии равно

Р”S = vR ln (V2/V1).

Энтропия возрастает, поскольку процесс необратимый и происходит в замкнутой системе.

Адиабатическое расширение газа Ван-дер-Ваальса в вакуум

Пусть в начальный момент газ Ван-дер-Ваальса находился в сосуде, занимая в нем объем V1. После удаления перегородки газ получает возможность свободно расширяться до объема V2 (V2 > V1). Считая, что сосуд окружен теплоизолирующей оболочкой, найдем изменение температуры газа после установления равновесия.

Поскольку теплота в систему не поступает и при свободном расширении газ не совершает работу, то его внутренняя энергия не меняется. Так как для газа Ван-дер-Ваальса U1 = СvТ1 - a/V1, U2 = СvТ2 - a/V2, то из условия Ui = U2 найдем

T2 - T1 = -a/Cv (1/V1 - /V2) < 0.

Следовательно, в данном процессе газ охлаждается. Объяснение этого эффекта состоит в том, что при расширении газа совершается работа против сил притяжения молекул. Эта работа производится за счет кинетической энергии молекул и, следовательно, сопровождается охлаждением газа.