能量与热力学第一定律
体积功
体积功,是气体在膨胀时把外界往回推所花掉的能量——或者反过来,是外界在压缩气体时所花掉的能量。想象一个由活塞封住的汽缸:里面的气体一胀大,就顶着压在活塞上的一切把它往外推,这一推就是实实在在的功,是能量从气体交给了周围。当周围往里压、把气体压缩时,能量便朝相反的方向流动。
它的大小取决于两件事:外界推得多用力(外压),以及体积变了多少。顶着一个恒定的外压,功就等于外压乘以体积变化,w = −p_ext ΔV(气体膨胀、向外做功时为负)。一团气体若是膨胀进真空里、没有任何东西可推,那它根本不做功——它没有任何阻力需要去克服。
这是化学里最常见的一种功,因为太多反应都会生成或消耗气体。正是这种「顶着大气往外推」,让人发明了焓来把它吸收进去,从而在恒压下,我们测得的热里早已折算好了这份体积功。
烤面包时,二氧化碳气泡顶着周围的面团和空气膨胀,把面包撑得发起来。这膨胀的气体,正在对周围做体积功。
任何把周围往外顶的膨胀气体,都在做体积功。
功取决于气体所顶着的外压,而非它自己内部的压强。这正是为什么缓慢的、近乎可逆的膨胀(顶着一个几乎相当的压强)能取出最多的功,而骤然膨胀进低压区取出的功则较少——这是「最大功」与效率背后的一个关键思想。
又称
另见