絕熱、等溫與等壓過程的區別

絕熱系統是指系統內總溫度沒有變化的系統。氣體膨脹時溫度下降的過程稱為絕熱冷卻。由於壓縮引起的溫度升高稱為絕熱加熱。對於大氣研究來說，絕熱過程至關重要。

等溫系統是指溫度不變，壓力和體積之間關係固定的系統。相變就是一個等溫過程的例子。在相變過程中，物質的溫度保持不變，儘管熱量和體積發生變化。

在等壓系統中，壓力保持不變，因為等壓系統的體積會隨著溫度變化而膨脹或收縮。例如，如果你把一定量的氣體放入冰箱，它的體積會減小，但由於冷卻效應，它的壓力保持不變。

什麼是絕熱系統？

在絕熱系統或過程中，總熱能淨變化為零。絕熱過程與熱力學第一定律之間的關係。這條定律指出，向系統新增熱能將改變系統的內能或導致系統做某種形式的工作。這與能量守恆定律（即物質和能量既不能被創造也不能被消滅）的原理有關。熱力學規定，系統的熱能必須被利用。它要麼做功，要麼改變系統的內能。它不可能就這樣消失。

隨著系統壓力、體積和溫度的變化，熱能保持不變。這被稱為絕熱系統。大多數絕熱現象在氣體中很容易觀察到。在氣體中，由於絕熱加熱，壓力升高時溫度也會升高。當氣體壓力降低時，會導致氣體溫度降低，這稱為絕熱冷卻。由於絕熱加熱引起的壓縮，周圍環境會對氣體施加力。如果發生絕熱冷卻，氣體將膨脹並對其周圍環境施加力。

活塞（例如柴油發動機中的活塞）是絕熱過程相關的良好示例。由於活塞的壓力增加，氣體的體積將減小。當壓力降低時，氣體可以再次膨脹，驅動活塞。絕熱機制控制著這一點。

絕熱過程在天氣和氣候研究中起著至關重要的作用。由於絕熱冷卻，如果氣團被抬升到空中，其溫度將會下降。但是，如果一大團空氣被壓縮到地面，其內部壓力將會升高，導致溫度升高。正如你在大氣中爬得越高，氣壓下降一樣，溫度也會下降。“絕熱遞減率”指的是隨著海拔高度增加溫度下降的速度。

什麼是等溫系統？

顧名思義，等溫過程是指在周圍壓力和體積變化的情況下，溫度保持不變的過程。在熱力學中，玻意耳氣體定律描述了壓力、溫度和體積之間的關係。當一個變數保持恆定時，其他變數會成正比地變化。如果氣體的溫度保持恆定，則其壓力和體積將成反比。

相變說明了等溫過程。例如，如果你取水並將其加熱到熔點或沸點，壓力和溫度將保持不變，但相、體積和熱能會發生變化。

熱機（用於核反應堆、化石燃料發電廠、汽車、飛機和航天器）以及我們現代生活方式的其他關鍵組成部分都依賴於等溫過程。許多其他科學學科也嚴重依賴等溫過程，包括生物學、地質學、空間科學和行星科學。

什麼是等壓系統？

如果系統內的壓力不變，則該過程稱為等壓過程。在等壓條件下，體積和溫度成正比。溫度升高需要伴隨聲壓升高。一個簡單的演示是冷凍氣球。內部和外部壓力將保持不變，但氣球的體積會在冷卻時開始減小。

第二個例子是一個活塞，上面放有重物，它在氣缸中由熱氣體上下推動。當溫度升高時，膨脹的氣體迫使活塞向下移動。如果活塞是靜止的，隨著氣體膨脹，氣體壓力會增加，從而阻止系統成為等壓系統。

某些型別的熱機使用等壓過程將熱能轉化為機械功，因此瞭解這些過程的工作原理對於構建高效的熱機至關重要。

區別：絕熱、等溫與等壓

下表突出顯示了絕熱、等溫以及等壓過程的特徵：

結論

在本文中，我們詳細解釋了絕熱、等溫以及等壓系統的特徵，以及如何區分它們。

Vineet Nanda

更新於：2023年3月1日

1000+ 次瀏覽

開啟你的職業生涯

完成課程獲得認證

開始學習