
【化】 expansion work
膨脹功是熱力學中描述系統通過體積變化對外界做功的核心概念。根據熱力學第一定律,當氣體或液體在等壓條件下體積增大時,系統對外所做的機械功可通過公式計算:
$$
W = P cdot Delta V
$$
其中$P$代表恒定壓力,$Delta V$表示體積變化量。該公式在工程熱力學教材(如沈維道、童鈞耕編著的《工程熱力學》)中被廣泛采用,適用于理想氣體等可逆過程分析。
在熱機循環中,膨脹功是能量轉換的關鍵環節。例如汽油機做功沖程中,高溫高壓氣體推動活塞運動,将熱能轉化為機械能。這種能量轉換效率的計算可參考國際标準化組織ISO 13600系列标準中關于熱力學系統評估的規範。
需要特别說明的是,膨脹功的計算需區分準靜态過程與非平衡态過程。美國物理學會(APS)在《物理評論》期刊中指出,真實氣體在快速膨脹時可能伴隨熱耗散,此時需引入不可逆因子修正經典公式。這一修正模型在航空發動機設計等領域具有重要應用價值。
膨脹功是熱力學中描述系統因體積變化與外界交換能量的重要概念,具體解釋如下:
膨脹功又稱容積功或體積功,指系統通過體積變化(膨脹或壓縮)與外界傳遞的機械功。例如,氣缸内氣體推動活塞做功即為膨脹功,而外界壓縮氣體時則為壓縮功。
膨脹功的計算需考慮外壓(( p{ex} ))和體積變化(( dV )): $$ w = -int{V_1}^{V2} p{ex} , dV $$ 其中:
可逆過程特例:若過程可逆(準靜态且無摩擦),則外壓等于系統壓力(( p{ex} = p )),此時功為: $$ w = -int{V_1}^{V_2} p , dV $$
通過以上分析可知,膨脹功的核心在于體積變化與外壓的相互作用,其計算需結合具體過程條件。
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