20.4
热力学系统所做的功在所有条件下都依赖于路径。
考虑一个由压力阀连接的两个圆柱体系统。初始时,圆柱体 A 中充满理想气体,而圆柱体 B 为空
加热气缸 A 时,气体吸收热量,导致气缸 A 内的压力暂时升高,从而打开压力阀。气体等温膨胀进入气缸 B,使气缸 A 内的压力下降。
考虑到连接管中的气体粒子可忽略不计,最终气体体积等于两个气缸中气体体积之和。
此处,由于气体受热,压力阀承受了做功。
在另一个过程中,考虑同一系统处于其初始状态,且与周围环境隔热,因此不发生热量交换。
如果移除阀门,气体将迅速自由膨胀进入气缸 B,最终达到与第一个过程相同的终态体积。
在此膨胀过程中,边界不发生移动,表明气体在自由膨胀过程中对外做功为零。