摘要：功 在热力学中.一般不考虑整体的机械运动.热力学系统状态的变化.总是通过做功或热传递或两者兼施并用而完成的.在力学中.功定义为力与位移这两个矢量的标积.在热力学中.功的概念要广泛得多.除机械功外.主要的有:流体体积变化所作的功,表面张力的功,电流的功. (1)机械功 有些热力学问题中.应考虑流体的重力做功.如图2-1-1所示.一直立的高2h的封闭圆筒.被一水平隔板C分成体积皆为V的两部分.其中都充有气体.A的密度较小.B的密度较大.现将隔板抽走.使A.B气体均匀混合后.重力对气体做的总功为 (2)流体体积变化所做的功 我们以气体膨胀为例.设有一气缸.其中气体的压强为P.活塞的面积S.当活塞缓慢移动一微小距离时.在这一微小的变化过程中.认为压强P处处均匀而且不变.因此是个准静态过程.气体对外界所作的元功.外界对气体做功.当气体膨胀时＞0.外界对气体做功W＜0,气体压缩时＜0.外界对气体做功W＞0. 如图2-1-3所示的A.B是两个管状容器.除了管较粗的部分高低不同之外.其他一切全同.将两容器抽成真空.再同时分别插入两个水银池中.水银沿管上升.大气压强皆为P.进入管中水银体积皆为V.所以大气对两池中水银所做功相等.但由于克服重力做功A小于B.所以A管中水银内能增加较多.其温度应略高. 准静态过程可用p-V图上一条曲线来表示.功值W为p-V图中过程曲线下的面积.当气体被压缩时W＞0.反之W＜0.如图2-1-4所示的由A态到B态的三种过程.气体都对外做功.由过程曲线下的面积大小可知:ACB过程对外功最大.AB次之.ADB的功最小.由此可知.在给定系统的初态和终态.并不能确定功的数值.功是一个过程量.只有当系统的状态发生变化经历一个过程.才可能有功,经历不同的过程.功的数值一般而言是不同的. (3)表面张力的功 液面因存在表面张力而有收缩趋势.要加大液面就得作功.设想一沾有液膜的铁丝框ABCD.长为 2αl的力作用在BC边上.要使BC移动距离△x.则外力F作的功为 W=F△x=2αl△x=α△S. 式中α为表面张力系数.α指表面上单位长度直线两侧液面的相互拉力.△S指BC移动中液膜两个表面面积的总变化.外力克服表面张力的功转变为液膜的表面能. 由此可见.作功是系统与外界相互作用的一种方式.也是两者的能量相互交换的一种方式.这种能量交换的方式是通过宏观的有规则运动来完成的.我们把机械功.电磁功等统称为宏观功.

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