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6.5: 量化做功
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6.5: 量化做功

随着系统的变化,其内部能量也会发生变化,并且能量可以从系统传递到周围环境,或从周围环境传递到系统。

通过热和功进行能量传递。内部能量,热量和功之间的关系由以下方程式表示:

Eq1

虽然热量是观察到的温度变化的函数,但是功是观察到的体积变化的函数,称为压力-体积功。功( w )可以定义为作用距离( D )的力( F )。

Eq1

当系统克服约束压力将周围环境向后推时,或者当周围环境压缩系统时,就会发生压力-体积功(或膨胀功)。这样的一个例子在内燃机的运行中发生。汽油和氧气的燃烧反应是放热的。这些能量中的一部分以热量的形式散发出,有些通过做功使气缸中的气体膨胀,从而向外推动活塞。反应涉及的物质是系统,引擎和宇宙的其余部分是周围的环境。该系统通过加热和在周围环境中工作而损失能量,其内部能量减少。

当气缸的容积增加(即气体膨胀)时,它会抵抗外力,这是定义为每单位面积的力。

Eq1

根据等式2和3:

Eq1

面积与距离的乘积( A × D )等于体积的变化量(Δ V )气瓶中的气体。

因此

Eq1

由于在扩展过程中体积会增加,因此 V final > V initial ,而< V V 为正。但是,对于正扩展(即,当系统确实在环境中工作时), w 应该为负,因此,方程式中会添加负号。

Eq1

根据此等式,压力-体积功是外部压力(或反向压力)乘以体积变化的负值。

基于该等式的工作单位为L·atm。其他一些有用的转换因素是:

Eq1

Eq1

本文改编自 Openstax,化学2e,第5.3节:焓


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