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本文拟探究体积功在热力学第一定律中的客观地位,供参考.
体积功(WT)
设某封闭系统由始态1变化至终态2,过程示意图参见如下图1所示:
图1. 封闭系统热力学过程示意图
过程体积功的定义式参见如下式(1)所示:
δWT=-pe·dV (1)
式(1)中“pe”代表环境大气压强(或外压).
热力学第一定律推演
上述过程对应的热力学第一定律表示式为:
dU=δQ+δWT+δW'=δQ-pe·dV+δW' (2)
式(2)中“δW'”代表非体积功,也称有效功.
平衡态热力学规定:有效功通常专指电功及表面功,对于一般热力学过程,δW'≡0.
此时式(2)可化简为:
dU=δQ-pe·dV (3)
对于封闭系统内某宏观热力学过程,由式(3)可得:
ΔU=Q-pe·(V2-V1)=Q-pe·ΔV (4)
式(4)中“pe”的值通常恒定,因此对于某确定的热力学过程,热力学能变(ΔU)、热量(Q)及体积
功(WT)的值均恒定.
平衡态热力学采用上述推演模式,解决了热力学过程功与热的赋值问题.
3.问题讨论
事实上pVT变化过程,封闭系统压强p与环境大气压强pe总是同时存在,两者理化属性完全一致;承认体
积功(δWT=-pe·dV ),就不能否认体势变(δWV=-p·dV)的客观性.
平衡态热力学规定,热力学过程中环境通常不提供有效功,即要求p≥pe,系统体积膨胀.
此时:▏WV▕>▏WT▕,即体积功仅为体势变的一部分.
另一方面,由于系统体积膨胀过程,pe值通常恒定,体积功的大小仅取决于过程的始态V1与末态V2的大
小,明显违背了热力学的“功、热均为过程函数”的最初设计.
综上所述,笔者认为热力学第一定律中的“体积功(WT)及δW'≡0”规定不合理.
4. 结论
体积功是热力学过程的一种能量传递形式,它仅为体势变(WV)的一部分;(平衡态)热力学第一定律
中“体积功(WT)及δW'≡0”规定不合理.
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GMT+8, 2024-11-23 07:18
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