热学实验记录 · 路径与功

走法不同,做功一样吗?

一缸气体从同一个初态走到同一个末态。若分别沿等压平台、两段折线和平滑曲线缓慢变化,哪条路径的气体做功最大?先凭图像直觉作出预测,再让带符号面积说话。

p-V 坐标纸

结果揭晓后,可逐条查看过程线与带符号面积。

初态 (1.5 m³, 3.8×10⁵ Pa)
末态 (4.5 m³, 1.6×10⁵ Pa)
压强随体积变化的过程图 选择一条准静态路径后,图中显示该过程线及其与体积轴围成的带符号面积。
先别看面积,先作预测

判断功的大小时,你准备只盯着初末态,还是会比较整条过程线下方的面积?

W = ∫ p dV 积分方向随体积变化:向右的膨胀取正,向左的压缩取负。

适用边界:只有准静态过程中,系统每一瞬间都近似处于平衡态,才能用系统压强 p 在 p-V 图上画出确定的过程线。若过程很快、系统内部压强不均匀,计算边界功应使用外压:W = ∫ p外 dV,不能把一个并不存在的“系统瞬时压强”硬画成过程线。