热力学
理想气体定律
PV=nRT 把 P、V、T 绑在一起。等温是双曲线,等压等容是直线,绝热是 PVγ 更陡的曲线
理想气体里,压力、体积和温度被 PV = nRT 捆成一个式子。即使连接同样的两点,等温、等压、等容、绝热是哪一种过程,P-V 平面上的轨迹就不同。一个式子分出四条路。
移动体积和温度,压力就按 P = nRTV 跟着来,三个值总是满足 PV = nRT。夏天的烈日或高速公路行驶让轮胎变热,体积几乎照旧,温度上升,压力一起升高,正是这个关系。变热的空气在同一个位置推得更狠。
把温度固定,压力和体积的乘积就一定。拖动体积,点沿着反比曲线,也就是双曲线移动,这是等温过程的轨迹。堵住注射器口慢慢推,体积减半,压力就加倍,温度一定的时候压力和体积彼此反向动。
用按钮看两个过程,轨迹很单纯。等压是压力固定的横线,等容是体积固定的竖线,是最单纯的两条轨迹。把密封的罐头扔进火里,体积固定、只有温度上升、压力窜高,是等容;在能自由移动的活塞下给气体加热,维持大气压鼓起来,是等压。
绝热是不交换热,所以 PVγ 一定。从同一点出发,绝热曲线比等温曲线更陡,因为膨胀的时候温度也降下来。顺着山爬的空气膨胀变冷、造出云和雨,喷雾罐喷射时喷嘴变凉,都是热来不及进出、快速膨胀、温度下降的绝热。
最后在一处把四个过程叠起来。用按钮切换等温、等压、等容、绝热,从同一个起点伸出的轨迹各自不同,一眼就看见,曲线下面的面积就是功,所以过程不同功也不同。下一章转到用这个循环做功的热机和第 2 定律。真实的汽车发动机或冰箱也是把这些过程像环一样接起来的循环,那个闭合环在 P-V 平面上围住的面积,就是一圈交换的净功。
实际应用整理一下,理想气体用 PV = nRT 把压力、体积和温度捆进一个式子。等温是 PV 一定的双曲线,等压是横线,等容是竖线,绝热是 PVγ 一定的更陡的曲线。P-V 平面上的轨迹随过程而不同,曲线下面的面积是那个过程的功。下一章把这些过程编成环的热机,以及收到的热不能全部变成功的第 2 定律。
← 热力学