熱力學定律
等容過程
/ eye-so-KOR-ik /
等容過程(isochoric process)是在體積保持不變下發生的變化——容器是剛性的,無法膨脹或收縮。字根 choro- 指空間或容積,所以 isochoric 意為「相同體積」。想像氣體密封在一個器壁固定的堅固鋼瓶裡:你可以加熱或冷卻它,它的壓力與溫度會上升或下降,但體積被鎖死。它也稱為等積過程或定容過程。
如果體積始終不變,那麼 ΔV = 0,於是壓容功 W = P ΔV 為零:剛性盒子裡的氣體對環境不做功,因為沒有東西移動。第一定律 ΔU = Q − W 於是簡化為 ΔU = Q——你加入的每一焦耳熱全部進入內能,提高溫度與壓力,沒有任何一部分被抽走去做功。這使得定容加熱成為把熱直接和溫度變化聯繫起來最乾淨的方式。
在火中加熱的密封罐頭(最終可能爆開),以及彈卡計(bomb calorimeter)內部的燃燒,都是等容過程。在 PV 圖上,等容過程是一條垂直線,由於其所圍面積為零,正好在視覺上確認了沒有做功。給呂薩克定律——定容下壓力正比於絕對溫度——就是這條路徑的理想氣體規則。
加熱密封在剛性鋼槽中的氣體,加入 500 焦耳的熱。由於器壁無法移動,W = 0,因此全部都變成內能:ΔU = Q = 500 J。氣體變熱、壓力上升,但完全不做功。
在剛性容器中沒有東西移動,所以加入的熱全部變成內能。
體積不變意味著沒有 PV 功,但不代表「沒有能量變化」——氣體仍可增加內能、達到高得多的溫度與壓力,這正是密封容器受熱時會爆炸的原因。
又稱
另見