体积 (热力学)

✍ dations ◷ 2025-06-08 07:15:10 #大气热力学,物理化学,气体,热力学,体积,态函数,基本物理概念,物理量

热力学系统的体积是在描述热力学状态时,重要的外延性质。比容是对应的内含性质,是单位质量的体积。体积为一状态函数,和其他热力学性质(如压力、温度)之间有相互关系。例如理想气体的体积就可以依理想气体定律,用压力及温度来表示。

一系统的体积可能与分析系统所用的控制体积重合,但也可能不重合。

热力学系统的体积一般是指工作流体的体积,例如活塞中的流体体积。体积的变化可能是外界对系统做功的结果,或是是系统用体积的变化来对外界做功。等容过程的体积不会变化,因此不会产生功,不过其他的热力学过程都会有体积的变化。例如多方过程会改变体积以使 p V n {\displaystyle pV^{n}} 为常数(其中 p {\displaystyle p} 为压力, V {\displaystyle V} 为体积,而 n {\displaystyle n} 为多方指数)。不过当 n {\displaystyle n} 相当大时,上述的多方过程会近似于等容过程。

气体是可压缩的,因此在热力学过程中其体积(或比容)可能会随之变化。相较于气体,液体几乎是不可压缩的,其体积可以视为定值。一物体的压缩性是指一物体在受到压力后的相对体积变化。而热膨胀是指一物体在温度变化下相对体积变化的情形趋势。

热力学循环是由许多的热力学过程所组成,其中有些是等容过程,有些则不是。例如蒸气压缩制冷(英语:Vapor-compression refrigeration)循环中会让冷媒在液态及气体之间进行相变化。

常用的体积单位有 m 3 {\displaystyle m^{3}} (立方米)、 l {\displaystyle l} (升)及 f t 3 {\displaystyle {ft}^{3}} (立方英尺)。

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