體積 (熱力學)

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熱力學系統的體積是在描述熱力學狀態時,重要的外延性質比容英语specific volume)是對應的內含性質,是單位質量的體積。體積為一狀態函數,和其他熱力學性質(如壓力、溫度)之間有相互關係。例如理想氣體的體積就可以依理想氣體定律,用壓力及溫度來表示。

一系統的體積可能與分析系統所用的控制體積重合,但也可能不重合。

簡介[编辑]

熱力學系統的體積一般是指工作流體的體積,例如活塞中的流體體積。體積的變化可能是外界對系統作功的結果,或是是系統用體積的變化來對外界作功。等容過程的體積不會變化,因此不會產生功,不過其他的熱力學過程都會有體積的變化。例如多方過程會改變體積以使pV^n為常數(其中p為壓力,V為體積,而n為多方指數)。不過當n相當大時,上述的多方過程會近似於等容過程。

氣體是可壓縮的,因此在熱力學過程中其體積(或比容)可能會隨之變化。相較於氣體,液體幾乎是不可壓縮的,其體積可以視為定值。一物體的壓縮性是指一物體在受到壓力後的相對體積變化。而熱膨脹是指一物體在溫度變化下相對體積變化的情形趨勢。

熱力學循環是由許多的熱力學過程所組成,其中有些是等容過程,有些則不是。例如蒸氣壓縮製冷英语Vapor-compression refrigeration循環中會讓冷媒在液態及氣體之間進行相變化。

常用的體積單位有m^3立方米)、l公升)及{ft}^3 (立方英尺)。

比容[编辑]

比容(\nu)是某單位質量的特定物質所佔的體積[1]。比容是一物質的內含性質,配合其他內含性質就可以描述一簡單熱力學系統的狀態。使用比容也可以在不需得知系統實際工作體積(可能是實際體積難以量測或是不重要)的條件下,分析一個熱力學系統。

一物質的比容是其密度的倒數,比容的單位可表示為 \frac{m^3}{kg}  \frac{ft^3}{lbm}  \frac{ft^3}{slug}  \frac{mL}{g}

 \nu = \frac{V}{m} = \frac{1}{\rho}

其中V為體積,m為質量,\rho為物質的密度。

對於理想氣體而言

\nu = \frac{{\bar{R}}  T}{P}

其中{\bar{R}} 個別氣體常數T為絕對溫標下的溫度,而P為氣體的壓力。

有時比容是指莫耳體積

參考資料[编辑]

  1. ^ Cengel, Yunus A.; Boles, Michael A. Thermodynamics: an engineering approach. Boston: McGraw-Hill. 2002: 11. ISBN 0-07-238332-1.