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。
热力学系统所做的功不仅取决于初始状态和最终状态,还取决于中间状态,即路径。 就像做功一样,当热量被添加到热力学系统中时,它会经历状态的变化,而达到的状态取决于从初始状态到最终状态的路径。 例如一个装有活塞的理想气缸。 当气缸被恒温加热时,气体分子吸收能量并以受控等温方式缓慢膨胀。 这将活塞向上推动,…