为什么说气体做功时需要考虑压力和体积

发布时间: 2023-11-06 11:00:28 来源: 励志妙语 栏目: 经典文章 点击: 85

气体做功公式是w=p△v吗?是的,这个公式的推导要从一个简单的物理模型开始,设想有一个截面积为s的活塞密闭的气缸,封闭了压强为P...

为什么说气体做功时需要考虑压力和体积

气体做功公式是w=p△v吗?

是的,这个公式的推导要从一个简单的物理模型开始,设想有一个截面积为s的活塞密闭的气缸,封闭了压强为P的气体,如果气体等压膨胀,推动活塞位移为x,这一过程气体压力做的功为W=Fx。

1、F=Ps。

2、w=Psx。

3、用v表示气体的体积变化,则v=sx。

4、w=Pv。

这个公式适用于等压变化的气体,注意v是体积的变化,很多书上用Δv表示,这样不容易混同。

判断某力是否作功,做正功还是负功:

①F与l的夹角(恒力);

②F与v的夹角(曲线运动的情况);

③能量变化(两个相联系的物体作曲线运动的情况)

求功的六种方法

①、W = F lcosα(恒力)定义式

②、W = P t(变力,恒力)

③、W =△Ek(变力,恒力)

④、W外=△E(除重力外其他力做功的变力,恒力)

⑤、图象法(变力,恒力)

⑥、气体做功:W = P△V(P——气体的压强;△V——气体的体积变化)

(1)知识点定义来源&讲解:
气体做功指气体通过压力移动物体或扩散等方式向外做功的过程。气体做功公式可以从功的定义式中推导出来,功的定义式为W = F * d * cosθ,其中W表示做功的大小,F表示作用力的大小,d表示物体移动的距离,θ表示作用力和移动方向之间的夹角。对于气体做功而言,可以将作用力表示为气体对物体施加的压力,将距离表示为气体的体积变化量,将夹角表示为施力方向和位移方向的夹角为0度。因此,气体做功公式为W = P * ΔV。

(2)知识点运用:
气体做功公式可以用于计算气体在压缩或膨胀过程中对外所做的功。例如,在内燃机中,气体在燃烧时会产生高温高压气体,该气体通过P * ΔV的形式向汽缸活塞做功,进而将活塞驱动转动曲轴带动发动机正常工作。

(3)知识点例题讲解:
假设有一个气缸,其中的气体在从1L膨胀到5L的过程中,对外做了10J的功,求气体的压力。
根据气体做功公式W = P * ΔV,可以将10J代入公式得到:
10J = P * (5L-1L) = 4P * L
因此,P = 10J / (4L) = 2.5 J/L
所以,气体的压力为2.5 J/L。
这个公式适合于恒压的封闭气体做功计算方法。
以热机为例,设气缸里的恒定压强为P,气缸的横截面积为S,气缸的一个冲程的距离为L。
则气缸里气体做功计算方法如下:
气缸内气体压力F=PS,根据功的定义式:W=FxL得到,W=PSL,由于SL为气缸的一个冲程排开气体的体积,所以,一个冲程气缸内气体体积的变化量=LS。
即W=P▽V。
是的,气体做功的公式可以用 w = PΔV 来表示。
其中,
w 表示气体所做的功(单位为焦耳J或千焦kJ);
P 表示气体的压力(单位为帕斯卡Pa或千帕kPa);
ΔV 表示气体的体积变化(单位为立方米m³或升L)。
根据这个公式,当气体由体积 V₁ 变化到 V₂ 时,气体对外界做的功可以计算为:
w = P(V₂ - V₁)
这个公式是基于气体对外界做功的定义推导而来的。对于恒压过程,当气体的压力保持不变时,可以直接使用 w = PΔV 来计算做功。但在其他情况下,需要考虑压力与体积变化的关系
是的,气体做功的公式一般写作 w = PΔV,其中 P 表示气体的压力,ΔV 表示气体体积的变化量。这个公式适用于常压下的气体做功情况。需要注意的是,这个公式只适用于气体在外界压力下做功的情况,不适用于恒温、绝热或非常态下的气体做功情况。

大学二年级物理化学气体膨胀做功问题 困扰我好久了 求老师解答

图中画的是一个活塞 膨胀之前活塞内气压为Pi 外界气压为Pe 活塞移动的距离为dl 初始状态理想气体体积为V1 末状态为V2 气体对外做的功书上的公式为 W=-Pe(V2-V1) rn我不明白为什么是用外界气压Pe 气体作用于挡板上的力应该大于Pe啊 Pi是逐渐减小的最后等于Pe,也就是说气体对挡板的压力逐渐减小最后等于外界大气压力 所以我认为气体对外做的功应该大于上式所列的公式,内部气体所产生的压力是变力在做功 我知道内部气体克服外界气压所做的功就是上面那个式子的算法但我不认为它就是内部气体对外所做的功 那我错在什么地方了呢? 求解 不胜感激 都发表一下自己的意见吧
机械功的定义就是外力对系统做功,W=FScosx,没有系统对外力做功这一说。当x大于90°时,外力对系统做功为负值,此时我们通常称系统克服外力做功(这只是换一种说法,并未重新定义功)。

恒外压过程,气体的体积(变化)功W=-Pe(V2-V1)是根据机械功的定义严格导出的,这里只能把气体视为系统,无论气体被压缩还是气体膨胀,我们都必须以外力计算功,气体膨胀时,W为负值,我们称之为系统克服外力做功(实质上还是外界对系统做功,不过是做负功)。

如果你一定要将外界视为系统,对于你的例子我们根本不知道外界到底是什么物体(或系统),可能是一个产生恒压的机械装置,也可能是大气。如果我们讨论“系统”(用引号表示我们将一般讨论中的外界视为系统)受到来自于气体的“外力”作用,当“系统”是一个不可压缩系统时,根本不存在体积功的概念,自然W=-∫pidV=0(注意dV是“系统”的体积变化),如果将上式中的dV认为是气体(外界)的体积变化,这种计算是完全的概念错误。“系统”是大气时,我们不清楚大气体积究竟如何变化(不可简单认为大气体积减少了V2-V1,大气是一个开放系统没有明确的体积),因此也无法讨论体积功。即便能够讨论,对于气体本身也没有意义,我们关心的是容器中气体,而不是大气。

对容器中气体应用热力学第一定律,只能是外界(大气)对气体做功量+气体从外界(大气)吸热量=气体内能增量。你要以大气为系统那也只能是外界(气体)对大气做功量+大气从外界(气体)吸热量=大气因与外界(气体)交换能量导致的内能增量。而不能是气体对大气做功量(大气为系统)+气体从大气吸热量(气体为系统)=气体内能增量(气体为系统)。因此你以气体为系统时,追究气体对外界的做功量到底是多少是没有意义的,有意义的是系统克服外力的做功量(就是外界对系统的做功量的负值)。你以大气为系统通过大气的能量变化,来间接讨论气体的能量变化是舍近求远。

因此我们讨论的体积功总是外力对气体的做功,我们无需关心外力到底是什么物体提供的,我们关心的是气体的能量变化,而不是外界的能量变化。需要知道外界的能量变化时,我们可以通过对系统的能量变化和能量守恒来推断,直接以外界为系统分析功是难以得出结论的。

这个问题透彻搞清楚的确很不容易。下面再举个典型例子可以说明不可逆过程中体积功的难以捉摸之处。例如一个绝热、定体积气缸中部有一无质量、无摩擦绝热活塞(初始以销子固定活塞),气缸左侧充有1mol,2atm,273K理想气体O2,右侧充有1mol,1atm,273KO2,拔掉销子后,问左侧气体对右侧做了多少功(即外力对右侧气体做了多少功)?左侧气体克服外压做了多少功(即外力对左侧气体多了多少功的负值)?这个问题平衡热力学中无法讨论,困难在于两侧气体发生的过程都是不可逆过程,两侧气体过程中都是非平衡态,没有明确的压强(每一侧内部压强处处不等),也就是说一侧对另一侧施加的外压不清楚是多少,无法直接用积分计算。为了能够讨论这个问题,必须将系统分成大量的薄层(每一层宏观小,微观大),每一层近似有确定的压强,分别对这些层应用第一定律去分析功、热量、内能和动能的变化(注意非平衡态时,每一层的动能会变化,层之间既有能量交换又有物质交换),最后对所有层求和,得出整个系统的能量变化情况,因此问题极为复杂,本人对此也没有深入研究。但我们可以根据能量守恒断定:当左侧气体膨胀至最终的平衡态(此时没有宏观动能【注】。严格的平衡态无法达到,在平衡态之前,两侧气体在平衡位置附近做往复有阻尼震荡运动,阻尼来自于气体内部的摩擦力,即粘滞阻力,粘滞阻力将宏观动能逐步耗散为内能),左侧气体对右侧的做功量一定=右侧气体对左侧气体的做功量的负值=左侧气体克服右侧气体压力的做功量。

【注】有宏观动能变化时,热力学第一定律的表达式不再是内能增量=功+热量,左边应加上一项动能增量。

恒外压的不可逆过程,外压不变,这时才有可能容易地计算系统克服外压做功。此时你想利用功的定义直接计算气体到底对外界做了多少功,一方面没有意义(我们分析气体能量变化用不着它),另一方面由上例可见直接计算也非常困难。楼主认为的“气体作用于挡板上的力应该大于Pe啊,Pi是逐渐减小的最后等于Pe,也就是说气体对挡板的压力逐渐减小最后等于外界大气压力,所以我认为气体对外做的功应该大于上式所列的公式”并不一定能成立,你不清楚pi到底是多少,到底如何变化,也不清楚空气体积到底减少多少。由于没有绝热条件,我们无法仅根据能量守恒,去比较气体对大气做功和气体克服大气压做功的相对大小。

如有不明欢迎进一步探讨。
你说的对。气体对活塞的确是变力做功。要计算的话,利用理想气体方程,并积分,可算出变力做功。积分的结果就是上面给的结果,^_^!我用手机上网,明天或过会儿可给你积分过程!

Sorry!我仔细考虑了一下,前面我可能误导你了。
上题的可能意思是:活塞在运动的过程中,忽略活塞的质量,就是一个气体的一个“等压膨胀”的过程。膨胀前,活塞内压强为Pi。一旦活塞失去束缚,活塞内气体的压强瞬时变为Pe,且恒等于Pe。
膨胀前活塞内气体的势能,一部分对外克服Pe做功;一部分转化为气体的内能,温度升高。
V1/T1=V2/T2。
我先前考虑的是是一个“等温膨胀”过程,按“变力做功”计算。我也按照“变力做功”积分了。结果不是书上的公式,结果中含“ln”。
再次抱歉,我十多年不碰物理了,水平有限,耽误你了。
W1=-Pe x dV计算的是一次恒外压膨胀所做的体积功。
W2=-积分符号Pi x dV计算的准静态过程所做的功,此时系统对环境做功最大,即|W2|大于|W1|。
这两个本来就不相等。

高中物理

做题时,关于理想气体不计分子势能,是不计物体对外做功或对内做功的值还是什么?我觉得不可能不计吧..
理想气体分子之间距离远远大于它们的分子半径,所以分子之间的势能可以忽略不计,气体体积变化时气体分子势能可以认为没有变化,但是气体体积增大时气体对外做功,体积减小时外力对气体做功,这些是不可以不计的,因为这是气体分子运动宏观上表现出气体对容器壁有压力,体积增大时气体对器壁的压力做正功,这和气体的分子势能没有关系
1.理想气体不计分子势能,认为理想气体的内能只有分子动能。也就是说,质量一定的气体,内能只与温度有关,温度高内能大,温度低内能小。
2.对内做功和对外做功需要考虑。
热力学第一定律,ΔE=W+Q.当体积增大时系统对外做功,W>0;当系统体积减小时外界对系统做功,W<0.
因为是理想气体,所以只计算分子热运动的动能;计算的时候忘了这些理想分子有势能这件事吧,不然你容易把自己搞糊涂。不是不可能不计,因为是理想气体,现实中是不存在理想气体的,所以有些时候是你想的太多了,反而乱了。
理想气体不考虑分子间相互作用力,不计分子势能,认为理想气体的内能只有分子动能。也就是说,质量一定的气体,内能只与温度有关,温度高内能大,温度低内能小。

外界对气体做功为什么是气体压强乘体积

可是试想把气体膨胀的过程分割成无限小的很多过过程,在膨胀过程中,T不变,v增大,p要减小.
应该用气体自己的压强,然后积分.结果会比用大气压小.

为什么压强不变时,气体体积增大就对外做功

气体的压强产生,从微观的角度来看,是由于气体分子无规则运动不断撞击提供了一个力集合形成。物理书上一个形象的例子就是,一个小钢珠砸在电子秤上只是会瞬时显示一个力的数值,如果不断将小钢珠倒在电子秤上,电子秤就会显示一个比较稳定的力的数值。气体分子的压强就是气体分子持续的碰撞产生一股持续的力。
密闭容器的气体质量是不变的,即含有的气体分子总数是不变的,此时,同样面积的容器壁上,如果原来是单位时间里有n个分子撞击会产生大小为a的力,当气体体积缩小时,就会使得单位体积里的气体分子数量增多,即气体密度变大,同样面积的容器壁上在是单位时间里就可能有大于n的分子数假设为2n个分子,如果温度保持不变,即体系的整体能量没有流失,分子的运动速度不变,此时2n个分子撞击乏袱催惶诎耗挫同旦括产生力显然会大于a,
根据压强p=f/s,力变大,面积不变,显然压强变大了。
其实用公式是最好解释的,问题是公式结合实际来讲就好。
只要记得PV/T=C,基本这类题目都很好做的。
基本上你们做的是活塞一类的,按照你说的意思,这个活塞还要是热传导良好的。
气体体积增大时一定推动活塞做功的,和压强变不变没关系。
只有在计算总能量的时候才考虑P有没有变。
如果说V增大了,而P不变,那么说明外界给了热烈气体,气体憋得难受,你又不给它把压强增大,只好对外做功把能量排出去咯。
我记得大学时时可以这样计算的W=FL
P=F/S
W=PSL
S乘以L等于V,那么W=PV,题目是p没有变,而v正大,功是物体对外做正功,如果说是负的就是物体对外做负功,也就是外对物体做正功,有这样的公式作为基础PV=NRT.高中时就是不是很懂,大学学了热学发现所有的都可以用公式计算的,觉得挺简单的,你也可以理解一下,以后就好做题目啦。不懂可以问我。呵呵
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