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求教在膨胀中内压与外压替换的问题

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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!


IP属地:重庆来自iPhone客户端1楼2022-05-06 23:35回复
    不懂帮顶,物化学完一年已经忘的一干二净


    IP属地:河南来自Android客户端2楼2022-05-06 23:54
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      都不可逆过程了,怎么非要拐到震荡上去,没见过现实物体运动?


      IP属地:广东来自Android客户端3楼2022-05-07 00:17
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        把功的定义背一遍


        IP属地:广东来自Android客户端4楼2022-05-07 12:07
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          但如果上述模型是成立的,理应会有震荡才对啊我们直接认为膨胀到力平衡即停止很大可能是对模型的简化吧,毕竟无论从什么角度分析,利用外压计算时,最终永远作用都是-p外V,就不必考虑震荡了


          IP属地:重庆来自iPhone客户端5楼2022-05-07 20:01
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            刚刚又查百度才意识到“恒外压膨胀“和“等压膨胀”的区别这里都是恒外压膨胀,好像我也没写成等压膨胀吧


            IP属地:重庆6楼2022-05-07 21:11
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              emmm如果这个隔板真的这么理想是不是就不符合模型了呢?


              IP属地:辽宁来自手机贴吧7楼2022-05-07 22:27
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                小顶


                IP属地:重庆来自iPhone客户端8楼2022-05-08 12:04
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                  传统热力学与统计物理讨论的对象通常都是平衡态(第零定律决定的),平衡时T(in)=T(ex, thermometer)、p(in)=p(ex, barometer)、dS=dQ/T,这才有那些基本微分方程。由于物态方程/第零定律T=f(p, V)的存在,把积分因子转化为状态变量的函数自然更好处理,比如-p(ex)dV只有令p(ex)=p(in)=g(T, V)积分才有意义,当然p(ex)要是个常数也可以提到积分外。
                  零一二定律定义出的dT、dU、dS以及通过勒让德变换衍生出去的所有热力学函数的微分都是全微分,其积分与路径无关,只与始末状态有关(∫(X1→X2)dX=X2-X1),所以只要始末状态是或者近似是平衡态(从一个极值点到另一个极值点),随便积。事实上非线性不可逆过程也基本无法积分,很难确定体系的p和T,因为其定义已经失去了意义。


                  IP属地:广东来自Android客户端9楼2022-05-08 14:03
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                    插楼问一下,你为什么看得懂这么多东西。。。。。。我真的自卑了


                    IP属地:马耳他10楼2022-05-12 02:48
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                      想了好久,我觉得内压做功一定大于外压做功,谈论的是理想气体
                      如果是一个隔热的封闭系统,设内压起始压力为p0,温度T0,体积V0,恒外压是p1,因为隔热,所以不会与环境有热量交换,那么对于一个一个封闭系统,那么它能量的变化只与做功有关,而它只与环境有一个作用力,那么这个作用力产生的能量交换就是我们所说的内压功,而外压功也是同样一个过程,我们知道,在同一个过程中两者交换的能量大小应该是相同的,那么为什么这个出现了偏差,我没想懂,可能是该种模型不存在,也有可能是另外一种我不知道的交换能量的方式。
                      这里这个隔热的模型由于温度下降,我们根据理想气体来猜测,因为p=nRT/V的,所以我认为它会渐渐偏离原反比例函数,那么最终达到的体积为V1此时的温度是要小于原温度的。
                      假如是一个不隔热的封闭系统,我们可以推知系统的最终状态是是P1和V2,而我们可以知道内压做的功应该是反比例函数的面积,这是个正功也就是说通过做功系统给了环境多少能量,而环境对系统做的是负功,代表了环境从系统得到了多少能量,这两个大小描述的是通过做功交换的能量,而我们知道能量守恒,指的是两个物体间交换的能量等值,所以我觉得,系统从环境吸热使温度上升,从而弥补了环境与系统之间的差值,当然,我这里只是推论,我觉得可以这样来验算:因为我现在还不太会搞,我觉得这样可以检验对不对。
                      就是在隔热的情况下,我们是可以求出来最终压力与体积的,因为做功使能量减少,而内能又是温度的函数,所以我觉得是存在一个函数关系的,这样我们可以求出来在隔热封闭系统下,到达恒外压时系统的温度T1
                      而我们说的第二个情况是一个恒热恒外压封闭系统,也就是我们说的可逆循环,
                      Q=两个面积的差,所以也就代表推论的正确,
                      (我可能说错了)


                      IP属地:安徽来自Android客户端12楼2023-04-05 21:56
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