
【化】 expansion work
膨胀功是热力学中描述系统通过体积变化对外界做功的核心概念。根据热力学第一定律,当气体或液体在等压条件下体积增大时,系统对外所做的机械功可通过公式计算:
$$
W = P cdot Delta V
$$
其中$P$代表恒定压力,$Delta V$表示体积变化量。该公式在工程热力学教材(如沈维道、童钧耕编著的《工程热力学》)中被广泛采用,适用于理想气体等可逆过程分析。
在热机循环中,膨胀功是能量转换的关键环节。例如汽油机做功冲程中,高温高压气体推动活塞运动,将热能转化为机械能。这种能量转换效率的计算可参考国际标准化组织ISO 13600系列标准中关于热力学系统评估的规范。
需要特别说明的是,膨胀功的计算需区分准静态过程与非平衡态过程。美国物理学会(APS)在《物理评论》期刊中指出,真实气体在快速膨胀时可能伴随热耗散,此时需引入不可逆因子修正经典公式。这一修正模型在航空发动机设计等领域具有重要应用价值。
膨胀功是热力学中描述系统因体积变化与外界交换能量的重要概念,具体解释如下:
膨胀功又称容积功或体积功,指系统通过体积变化(膨胀或压缩)与外界传递的机械功。例如,气缸内气体推动活塞做功即为膨胀功,而外界压缩气体时则为压缩功。
膨胀功的计算需考虑外压(( p{ex} ))和体积变化(( dV )): $$ w = -int{V_1}^{V2} p{ex} , dV $$ 其中:
可逆过程特例:若过程可逆(准静态且无摩擦),则外压等于系统压力(( p{ex} = p )),此时功为: $$ w = -int{V_1}^{V_2} p , dV $$
通过以上分析可知,膨胀功的核心在于体积变化与外压的相互作用,其计算需结合具体过程条件。
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