[科普中國(guó)]-等容過程

熱力學(xué)公式

由于在等容過程中系統(tǒng)的體積保持不變，系統(tǒng)對(duì)外界做的功A=p dV=0。由熱力學(xué)第一定律可知：等容過程能量轉(zhuǎn)換的關(guān)系，是系統(tǒng)吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的增量

Qc=DvΔT=ΔU，

其中Dv是定容熱容，ΔT是系統(tǒng)溫度的變化,ΔU是系統(tǒng)內(nèi)能的增量。此關(guān)系式是熱化學(xué)中計(jì)算反應(yīng)熱的一個(gè)基本熱力學(xué)公式。此外，汽油機(jī)中燃燒過程很快，在熱工計(jì)算中將燃料燃燒釋放能量的過程理想化為等容加熱過程，也遵從上述公式。

等容過程定義對(duì)等容過程的定義，存在著不同的說法1。主要有：

說法1：系統(tǒng)體積V恒定不變，即：V=定值的過程為等容過程。

說法2：系統(tǒng)的始態(tài)與終態(tài)體積相等，即：V1=V2的過程為等容過程。

說法3：將說法1與說法2放在一起的說法，有的給出了定義式V=V1=V2=定值。

雖然對(duì)定義有不同的說法，但在應(yīng)用中各種說法的作者都采用的是說法1，即等容過程就是系統(tǒng)的體積恒定不變的過程。等容過程一般是指在剛性密閉容器中或凝聚系統(tǒng)發(fā)生的過程。

理想氣體圖線文獻(xiàn)2用Graphing Calculator 3D軟件繪制了理想氣體的狀態(tài)圖，以三維立體圖示的方式系統(tǒng)地闡述了T、P、V、n四個(gè)物理量的關(guān)系及其在不同熱力學(xué)過程中的變化規(guī)律，以便在熱力學(xué)教學(xué)中給學(xué)生更為精確、嚴(yán)格、完整的熱力學(xué)過程的概念圖像。

理想氣體狀態(tài)圖用等容面切割，可以得到等容線。圖中的A—D和B—C的過程，表示理想氣體經(jīng)過一個(gè)等容過程。可用等容過程方程式V=nRT/p=常數(shù)表示其變化，常用于研究液體或溶液的蒸汽壓隨溫度的變化。從圖可以看出，相同的始終態(tài)溫度和壓力條件下，體積小的時(shí)候等容線的斜率比體積大時(shí)等容線的斜率大，說明氣體的體積小的時(shí)候更容易受到溫度和壓力的影響。

應(yīng)用舉例一項(xiàng)由陳恒良主持研發(fā)的二級(jí)整體式斯特林制冷機(jī)技術(shù)成果適用于軍用紅外探測(cè)，國(guó)外已裝備于飛機(jī)、坦克和艦艇上，同時(shí)民用領(lǐng)域亦有廣泛應(yīng)用。該技術(shù)采用雙級(jí)斯特林制冷循環(huán)原理，制冷循環(huán)包含兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)等容過程。該項(xiàng)成果在軍用紅外探測(cè)、高TC超導(dǎo)電性測(cè)試、低溫物性測(cè)試等方面均可應(yīng)用。隨著紅外探測(cè)及超導(dǎo)應(yīng)用的推廣，將有極高的經(jīng)濟(jì)效益。