注意此处没有“绝热可逆膨胀”的限定条件,仅为“绝热膨胀”。可逆膨胀为准静态过程自然可以用内压替代外压,但没有可逆的限制理应用外压表示。这里为何在“代入式(2.24)”一步使用p=nRT/V替换dU+pdV=0里的p(即式(2.24)),后者的p应该是外压才对吧…
另外,为什么在普通膨胀中不能用“内压*∆V”来表示功?首先我已经用热一律得证,可以用外压做功替代系统内压做功。证明略。
对于一般不用内压的原因,我和我们班的物竞佬讨论两天的结果是,比如在等温恒外压膨胀中,在达到力平衡点后,尽管加速度为0,但系统还有向体系的速度,则系统还会向外冲,直到速度为0,这时系统会折返收缩,经过力平衡点后还会继续收缩,直至收缩至速度为0,再循环往复。也就是说,系统与环境的“界面”会在力平衡面左右“震荡”,而最终在时间趋于正无穷时可能会停止震荡。
而如果我们把它每一段震荡的做功写成一个数列,如果最终停止的话这个数列理应收敛,对这个数列求和(即求级数),则理应得到最后一段震荡时内压的做功为负。
如果我们在等温恒外压膨胀中用内压计算的话,利用定积分可以很容易计算出系统从初态膨胀至第一次达到力平衡点时的做功等于相同体系等温可逆膨胀的做功,明显大于用外压计算出的做功。则对于内压,系统膨胀至力平衡点做功与震荡做功之和,理应与用外压计算的结果相等,即小于相同系统进行等温可逆膨胀。
但奈何这个体系略微复杂,我们尚未有一个很好的方法对其证明,至少我们的猜想…也就是说,我们可以确定它会震荡,但我们不能确定它能不能停下来,也就是我们无法确定这个数列是否收敛…如果不收敛,这可就好玩了
对于自由膨胀,我们得到的结果是,自由膨胀中用内压和外压计算的结果是一样的。因为根据分子动理论,压强的产生原因是与器壁的碰撞。当自由膨胀时无与器壁碰撞的情况(或者,把器壁看作一个无质量无摩擦的界面,则气体分子碰撞时动量不改变,结果是一样的),故内压也为0,用内外压计算结果相同。
其他的体系我们也进行了类似的讨论,得到的结果是:无论是内压还是外压,计算结果理应相同才对。之所以用外压是因为内压太难算了,不如直接能量守恒用外压代换。
但这里并没有用外压,而是仍使用内压,在没有说明绝热可逆的情况下,是不是有些不太严谨了。
不知道上述分析讨论是否严谨,还请大佬赐教!
另外,为什么在普通膨胀中不能用“内压*∆V”来表示功?首先我已经用热一律得证,可以用外压做功替代系统内压做功。证明略。
对于一般不用内压的原因,我和我们班的物竞佬讨论两天的结果是,比如在等温恒外压膨胀中,在达到力平衡点后,尽管加速度为0,但系统还有向体系的速度,则系统还会向外冲,直到速度为0,这时系统会折返收缩,经过力平衡点后还会继续收缩,直至收缩至速度为0,再循环往复。也就是说,系统与环境的“界面”会在力平衡面左右“震荡”,而最终在时间趋于正无穷时可能会停止震荡。
而如果我们把它每一段震荡的做功写成一个数列,如果最终停止的话这个数列理应收敛,对这个数列求和(即求级数),则理应得到最后一段震荡时内压的做功为负。
如果我们在等温恒外压膨胀中用内压计算的话,利用定积分可以很容易计算出系统从初态膨胀至第一次达到力平衡点时的做功等于相同体系等温可逆膨胀的做功,明显大于用外压计算出的做功。则对于内压,系统膨胀至力平衡点做功与震荡做功之和,理应与用外压计算的结果相等,即小于相同系统进行等温可逆膨胀。
但奈何这个体系略微复杂,我们尚未有一个很好的方法对其证明,至少我们的猜想…也就是说,我们可以确定它会震荡,但我们不能确定它能不能停下来,也就是我们无法确定这个数列是否收敛…如果不收敛,这可就好玩了
对于自由膨胀,我们得到的结果是,自由膨胀中用内压和外压计算的结果是一样的。因为根据分子动理论,压强的产生原因是与器壁的碰撞。当自由膨胀时无与器壁碰撞的情况(或者,把器壁看作一个无质量无摩擦的界面,则气体分子碰撞时动量不改变,结果是一样的),故内压也为0,用内外压计算结果相同。
其他的体系我们也进行了类似的讨论,得到的结果是:无论是内压还是外压,计算结果理应相同才对。之所以用外压是因为内压太难算了,不如直接能量守恒用外压代换。
但这里并没有用外压,而是仍使用内压,在没有说明绝热可逆的情况下,是不是有些不太严谨了。
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