熱力學定律

等壓過程

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等壓過程(isobaric process)是在壓力保持不變下發生的變化。字根 baro- 意為「重量」或「壓力」(如氣壓計 barometer),所以 isobaric 意為「相同壓力」。日常的畫面是:一團氣體位於一個可自由滑動、上面壓著固定重物的活塞之下;當你加熱氣體,它膨脹並把活塞舉高,但因為負載始終不變,回推的壓力全程保持相同。

因為壓力 P 是定值,氣體所做的功很容易算出來:W = P ΔV,壓力乘以體積的變化。把它代入第一定律,得到 Q = ΔU + P ΔV:你加入的熱既提高了內能,也支付了膨脹所需的功。這就是為什麼在等壓下加熱氣體,會比在等容下需要更多的熱——有一部分熱被花在把環境推開,而不是拿去升溫。

在敞開的鍋子裡加熱水,或任何對著大氣穩定推力敞開的過程,本質上都是等壓的,維持在約 101000 帕(一大氣壓)。在 PV 圖上,等壓過程是一條簡單的水平線,其下方的面積 P 乘以 ΔV,恰好就是所做的功。查理定律——體積正比於絕對溫度——描述了理想氣體沿著這種等壓路徑的行為。

在穩定的 100000 帕壓力下加熱一團氣體,使其體積增加 0.002 立方公尺。氣體做了 W = P ΔV = 100000 × 0.002 = 200 焦耳的功把活塞舉起,此外還有一部分熱用於提高它的內能。

在等壓下,功就是壓力乘以體積的變化。

不要把等壓和等力搞混:活塞的重量決定了壓力,而氣體仍能做功,因為活塞會隨著體積改變移動一段距離。

又称
constant-pressure process等壓變化