熱力學定律

絕熱過程

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絕熱過程(adiabatic process)是完全沒有熱穿越邊界的過程:Q = 0。這個字源自希臘文「不通過」,意指熱沒有通過器壁。這種情況的發生,要嘛是因為系統被完美的隔熱層包住,要嘛更常見的是因為變化太快,熱根本來不及流進或流出。用力打氣時打氣筒發熱,或空氣上升膨脹成雲時變冷,都接近絕熱。

當 Q = 0,第一定律 ΔU = Q − W 就簡化為 ΔU = −W。現在所有的功都直接由內能來支付:氣體膨脹時做正功,於是它的內能——因而溫度——下降;氣體被壓縮時,有人對它做功,它的內能上升,溫度也升高。對理想氣體而言,絕熱路徑遵守 P V^gamma = 定值,其中 gamma(兩個熱容量的比值)大於 1,所以通過同一點的絕熱線比等溫線更陡。

絕熱步驟是卡諾循環的另一半,也解釋了許多天氣現象:上升的空氣膨脹並變冷,這就是為什麼山頂寒冷、雲會形成。誠實的提醒是:「沒有熱流」是一種理想化——總有一些熱會漏掉——但對於快速過程,它是極佳的近似,而對於完美隔熱的系統則完全正確。

在隔熱的打氣筒中快速壓縮空氣,使 Q = 0。你對氣體做了 300 焦耳的功,所以氣體所做的功為 W = −300 J,而 ΔU = −W = +300 J:內能上升 300 焦耳,空氣明顯變熱,即使完全沒有加入任何熱。

在不容許熱進出之下,壓縮使氣體變熱,膨脹使氣體變冷。

絕熱(Q = 0)與等溫(T 不變)並不相同——它們幾乎是相反的。在絕熱變化中,溫度正是那個會改變的量,因為沒有熱流來把它維持穩定。

又称
no-heat-flow process絕熱變化