能量與熱力學第一定律
體積功
體積功,是氣體在膨脹時把外界往回推所花掉的能量——或者反過來,是外界在壓縮氣體時所花掉的能量。想像一個由活塞封住的汽缸:裡面的氣體一脹大,就頂著壓在活塞上的一切把它往外推,這一推就是實實在在的功,是能量從氣體交給了周圍。當周圍往裡壓、把氣體壓縮時,能量便朝相反的方向流動。
它的大小取決於兩件事:外界推得多用力(外壓),以及體積變了多少。頂著一個恆定的外壓,功就等於外壓乘以體積變化,w = −p_ext ΔV(氣體膨脹、向外做功時為負)。一團氣體若是膨脹進真空裡、沒有任何東西可推,那它根本不做功——它沒有任何阻力需要去克服。
這是化學裡最常見的一種功,因為太多反應都會生成或消耗氣體。正是這種「頂著大氣往外推」,讓人發明了焓來把它吸收進去,從而在恆壓下,我們測得的熱裡早已折算好了這份體積功。
烤麵包時,二氧化碳氣泡頂著周圍的麵團和空氣膨脹,把麵包撐得發起來。這膨脹的氣體,正在對周圍做體積功。
任何把周圍往外頂的膨脹氣體,都在做體積功。
功取決於氣體所頂著的外壓,而非它自己內部的壓強。這正是為什麼緩慢的、近乎可逆的膨脹(頂著一個幾乎相當的壓強)能取出最多的功,而驟然膨脹進低壓區取出的功則較少——這是「最大功」與效率背後的一個關鍵思想。
又稱
另見