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热力学状态之间的路径
20.3
考虑一个装有理想气体的圆柱形容器,其初始体积为 Vo,初始压强为 po,容器配备了一个无摩擦活塞,并连接一个质量块。当压强处于平衡状态时,活塞保持静止。
如果质量减半,活塞所受的外部压力将相应减小。气体内部较高的压力会推动活塞向前移动,直至达到新的平衡状态。
气体体积增大。系统通过做功达到新的热力学状态。
假设通过两个阶段减少质量来达到相同的终态。最初,压力降至 0.75po,所做的功由第二条曲线下方的面积表示。
在第二阶段进一步减少质量时,气体所做的功等于第三条曲线下方的面积。因此,气体在第二个过程中所做的总功是两条曲线下方面积之和。
因此,气体所做的功因过程不同而不同,故为路径依赖函数。
考虑涉及理想气体的两个热力学过程,由图 1 中的路径 AC 和 ABC 表示:
在路径A到C的第一个过程中,气体保持在恒定温度T。 它从体积V1 扩展到 V2。
理想气体所做的功表示为
从理想气体方程中代入压力为nRT/V并对各项进行积分,可得到理想气体在恒温下所做的功为
在第二个过程中,对于A到B…