状态侦探

同一终点,为什么两次“压缩”不一样?

把一团理想气体从状态甲送到状态乙。你可能会想:起点和终点都一样,途中发生的事也该一样吧?注意,这是个陷阱。选一条路线,看压强—体积图怎样留下“走过哪条路”的证据。

压强—体积图

状态甲:体积较大、压强较低 → 状态乙:体积较小、压强较高
同一气体由状态甲到状态乙的两条折线路径 先等压 再等容 先等容 再等压 状态甲p=1,V=4 状态乙p=2,V=2
路线一路线二虚线把状态点投到坐标轴上

图中留下的:过程量

边界功取决于沿路每一段的压强。路线二在较高压强下压缩,压强—体积图下对应的面积更大,因此两条路线的边界功不同。

路线一:−2 路线二:−4

图中带不走的:状态函数

对理想气体,温度由 pV 决定。甲为 1×4,乙为 2×2,乘积相同;所以温度差为零。内能只随温度变化,内能变化也为零——不管你选哪条路线。

只看始态和终态,不追问中途

停一下:你会怎样判断?

把气体从状态甲送到状态乙后,下列哪一项一定相同?

复盘一句:状态函数不等于过程量。“只由始末态决定”说的是某些特定物理量的变化,不是说过程里发生的一切都不分路径。下一步再遇到“从甲到乙”的题,先问自己:它问的是状态,还是走法?

教学示意:固定物质的量,采用准静态、机械可逆边界功,过程线上 p外≈p系统;功由 ∫p外dV 决定。本图压缩时气体对外做功为负,比较面积大小指绝对值。