作业帮一道物理中关于气体内能的问题
来源：学生作业帮 编辑：作业帮 分类：物理作业 时间：2024/05/29 10:07:47
一道物理中关于气体内能的问题
如果不是自由膨胀,密闭容器中的一定量气体因外力上拉活塞而被迫膨胀,气体内能是增大,还是减小?
如果不是自由膨胀,密闭容器中的一定量气体因外力上拉活塞而被迫膨胀,气体内能是增大,还是减小?
和自由膨胀相同,内能不变（假定过程绝热,不绝热无法判断）.
外力只是对活塞做正功（使其动能增加）,并未对气体做功（或做负功）.那么活塞是否对气体做正或负功呢?这个问题不是很容易想透彻.
活塞对气体做正功,必须是压缩（活塞对气体施加的压力即动力方向与气体位移同向）,膨胀过程中活塞对气体施加了与膨胀方向同向的拉力了吗?你用手掌平移试图“用力拉拉”空气试试看,感觉到空气在拽你的手吗?你对空气有拉力,空气也必然有反作用力在拉你,相信你可以得出结论：不存在拉力!
活塞会不会对气体做负功呢?活塞做负功就是气体做活塞正功,气体膨胀做正功的前提是要克服外力,问题中显然并未克服外力.
所以活塞既未对气体做正功,也未做负功.故气体内能不变.
下面进一步讨论一下细节过程.不妨先这样设想拉活塞非常快,以至于气体一时还来不及扩散到整个空间,那么此后气体的膨胀就是自由膨胀.其实并不需要拉得非常快,很慢也是一样.气体之所以膨胀,是因为拉动瞬间产生了一个很小的真空区域,气体才自由膨胀过来.膨胀总是略微落后于新的小真空区域的产生.气体和活塞间在拉动过程中的每一瞬间都是不接触的,没有作用力.仅当拉动停止,其后一个极短的时间后,气体扩散至整个空间,取得压力平衡后,二者间才会有恒定的作用力（取得平衡之前,真空区域的压强逐渐升高）.其后一旦继续拉动,又没有作用力了.
外力只是对活塞做正功（使其动能增加）,并未对气体做功（或做负功）.那么活塞是否对气体做正或负功呢?这个问题不是很容易想透彻.
活塞对气体做正功,必须是压缩（活塞对气体施加的压力即动力方向与气体位移同向）,膨胀过程中活塞对气体施加了与膨胀方向同向的拉力了吗?你用手掌平移试图“用力拉拉”空气试试看,感觉到空气在拽你的手吗?你对空气有拉力,空气也必然有反作用力在拉你,相信你可以得出结论：不存在拉力!
活塞会不会对气体做负功呢?活塞做负功就是气体做活塞正功,气体膨胀做正功的前提是要克服外力,问题中显然并未克服外力.
所以活塞既未对气体做正功,也未做负功.故气体内能不变.
下面进一步讨论一下细节过程.不妨先这样设想拉活塞非常快,以至于气体一时还来不及扩散到整个空间,那么此后气体的膨胀就是自由膨胀.其实并不需要拉得非常快,很慢也是一样.气体之所以膨胀,是因为拉动瞬间产生了一个很小的真空区域,气体才自由膨胀过来.膨胀总是略微落后于新的小真空区域的产生.气体和活塞间在拉动过程中的每一瞬间都是不接触的,没有作用力.仅当拉动停止,其后一个极短的时间后,气体扩散至整个空间,取得压力平衡后,二者间才会有恒定的作用力（取得平衡之前,真空区域的压强逐渐升高）.其后一旦继续拉动,又没有作用力了.