發問時間: 科學其他:科學 · 10 年前

空氣絕熱膨脹的問題

因為外界壓力變小 氣體膨脹(絕熱膨脹)

而空氣對外界作功 將熱能轉變為動能 使自己膨脹

當這塊空氣塊 膨脹後停止 那他的動能呢?? 轉變為什麼能量??(能量守恆)

假設是熱能 那溫度不就跟膨脹前的溫度一樣了??

或者 是轉變成其他能量 而不是熱能??

已更新項目:

空氣塊以功的形式將能量給予外界

那外界所接受到的這個能量 會有什麼變化??將功轉變成外界的熱能嗎??

以微觀的角度 分子是利用撞擊力來做功嗎??

根據你說的 所以 內能越高 分子的動能會越大??

以巨觀角度 那空氣塊的內能 基本上是以熱能的形式存在嗎??

4 個解答

評分
  • 10 年前
    最佳解答

    依照你的敘述,在一個封閉系統內的空氣,外界與系統無質量交換,當外界壓力變小,系統做絕熱膨脹,對外界作功。

    則根據熱力學第一定律,ΔU = Q - W,因為系統絕熱,則Q = 0,所以系統內能變化等於對外界的作功,ΔU = - W,因為膨脹,系統對外界作功,則W > 0,所以ΔU < 0,假設氣體為理想氣體,ΔU = nCvΔT,ΔT < 0。

    對上述熱力學第一定律計算式做總結,空氣做絕熱膨脹,因與外界沒有熱量交換(絕熱)所以並不會將熱能轉換為任何形式的能量,包括動能,所以在此就不必考慮熱能的轉變了。而膨脹是氣體對外界作功,也就是說,氣體與外界唯一有的能量交換就是功,不是動能,空氣塊對外界作功,就是以功的形式的能量給予外界(非動能形式)直到系統與外界的壓力相等而停止。而系統的內能(U)因為對外界作功而減少,也因此使系統的溫度下降。

    不知為何你會提到動能呢?

    先瞭解動能的定義:ΔEk = 1/2 mΔV^2

    絕熱膨脹的系統在於空氣塊,一個封閉的空氣塊,要如何自己產生速度呢?或許你想的是系統內的空氣分子的運動吧!但今天你討論的是功與熱,是屬熱力學這個巨觀的角度,氣體分子的動能這類的微觀變化都被歸屬在系統的內能變化裡了,剛剛有提到,系統內能下降,內能是微觀角度下,動能與位能的總和,內能下降,分子的動能和位能也勢必發生改變,但這個微觀的動能變化並不是你發問中所提到的,巨觀的動能的轉換,這樣了解嗎?

    在熱力學第一定律裡,會有動能轉換的,最常見的有兩種可能:一種就是開放系統,與外界有質量進出的系統;另一種就是流動的封閉系統,因為管路的口徑大小不一產生流速變化。

    希望這樣的回答能幫助到你,有疑問可以再提出來。

    2011-04-11 00:44:06 補充:

    第一個問題

    通常我們會把需要探討的部分視為一個系統,系統以外就是外界,是我們不去注意的部分,或許你把一個系統探討完之後,會把原本的外界的其中一部分再視為另一個系統,其餘為新的外界。我說的這個意思是什麼?意思就是外界並沒有一個明確的界定,它可能是個無限大的空間,有固體有液體,也可能是另一個有空氣有水的容器,不同的環境也有不同的結果,有的轉換為熱,有的作功,甚至有的產生化學反應也可能,既然不知道外界是什麼,什麼相態及狀態?又如何能得知其熱功轉換呢?這當然沒有明確答案。

    今天先到這裡,先休息,其餘等天亮再說^^

    2011-04-11 09:54:41 補充:

    第三個問題

    分子的動能與其絕對溫度成一次方正比,而系統內能係包含分子動能、位能及其他能量(震動、轉動...等),所以當系統為理想氣體,溫度上升時,內能增加,分子的動能也會上升。

      

    第四個問題

    如上題所述"系統內能係包含分子動能、位能及其他能量(震動、轉動...等)"熱能屬系統與外界交換的其中一種能量形式,熱能是熱能,內能是內能,兩者是不一樣的。

    2011-04-11 16:51:27 補充:

    第二個問題

    這麼說應該也沒錯。先以微觀的觀點想像一個畫面,一個絕熱容器裡裝著理想氣體,氣體分子不斷往器壁撞擊,而原本的容器裡的壓力與外界相等,等於是個力平衡狀態,當外界壓力變小,原本的力平衡被破壞,容器裡的氣體碰撞的總力大於外界總力,於是容器因此膨脹(氣體對外作功),直到達到新的力平衡為止,從分子碰撞器壁的推導結果,氣體壓力與體積的乘積正比於氣體碰撞的總動能,即PV = 2/3 Et,氣體碰撞的總動能下降使得PV值發生改變(做PV功),而氣體的總動能也是熱力學內能的其中之一,換句話說,內能的下降轉換成PV功,是符合第一定律的。

    參考資料: 自己, 第二題稍後, 自己的觀點
  • 匿名使用者
    6 年前

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  • 樓上說的不錯,以下基礎物理謹提想想

    水體經熱而升騰為空汽,此際汽域為膨脹勢力場,壓力勢往外擴,在擴張之際的空汽,受空地磁電解為氫氧時也出現極度膨脹勢的勢力,守恆是這些變化能予還原為水,熱能為汽化、磁場為電解、穿越空磁冷階為雲,冷凝雲經空磁濾出為雨滴。那麼!雨際攜帶了低空水汽後的氣腔變得清新,卻受地面的熱力將水升騰/汽化為多水汽場,太陽經多水汽場鏡射為虹。山型雲吸收太陽的熱力移轉為冷凝,越多的雲蔟磁聚更多的雲種,越多的雲層吸收更多的熱力,越強的熱力移轉更多的冷凝,冷凝場吸引造就更多的磁聚吸(遠雲急速靠近),空磁階受極度多雲而冷冽,(多雲貫穿使空磁崩潰而破階,此際空多磁階受摩合為一大階)穿越空磁階濾出為雨滴。造雨的動力能源來自太陽的熱力移轉,將水製造為水汽的是太陽的熱力,移轉為氫氧的機制是空地磁電場,被動穿越空磁的氫氧是膨脹壓力勢。※(空磁對空氣/氫氧/無拘束力),※(雲決不經由空磁階下遂),※(水汽經空磁階電解,所以上浮/穿越的一定是空氣,換句或說水汽不能穿越空磁階,但階上仍有水汽存在)。由水轉變後最終仍為水是物質守恆,須經由許多的熱力提供移轉的動力,就像冰箱排熱製冰一樣(冷與熱比相等),須以更多的電動勢架構。空氣中有水汽濕度及許多氣屬,去除水汽溼度後的空氣是否不傳導熱力(不吸熱、不儲熱),如果為真、那麼高空即無熱元。謹提參考、演繹與發現來自氣震論/引用請註明。

    http://za455.myweb.hinet.net/

    2011-04-10 20:50:56 補充:

    此"空際"多磁階受摩合

    換句"話說"水汽不能穿越空磁階

  • msher
    Lv 6
    10 年前

    注意Pigenogy所說;

    '討論的是功與熱,是屬熱力學這個巨觀的角度,氣體分子的動能這類的微觀變化都被歸屬在系統的內能變化裡了'

    這是熱力學第一定律;

    氣體內能(能量)的增加=吸收的熱量+外界對系統作的功

    所以此氣體的能量就是內能

    在此時, 不談動能

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