h2

12
A
BVgh
2流体体积变化所做的功
我们以气体膨胀为例。设有一气缸，其中气体的压强为P，活塞的
B
面积S图212。当活塞缓慢移动一微小距离x时，在这一微小的变化
A
过程中，认为压强P处处均匀而且不变，因此是个准静态过程。气体对
外界所作的元功WpSxpV，外界活塞对气体做功
WWpV，当气体膨胀时V＞0，外界对气体做功W＜0；气
体压缩时V＜0，外界对气体做功W＞0。
图213
如图213所示的A、B是两个管状容器，除了管较粗
的部分高低不同之外，其他一切全同。将两容器抽成真空，
再同时分别插入两个水银池中，水银沿管上升。大气压强皆
PA
C
为P，进入管中水银体积皆为V，所以大气对两池中水银所
B
做功相等，但由于克服重力做功A小于B，所以A管中水
银内能增加较多，其温度应略高。
D
准静态过程可用pV图上一条曲线来表示，功值W为
pV图中过程曲线下的面积，当气体被压缩时W＞0。反之
O
V
W＜0。如图214所示的由A态到B态的三种过程，气体
图214
都对外做功，由过程曲线下的面积大小可知：ACB过程对外
功最大，AB次之，ADB的功最小。由此可知，在给定系统的初态和终态，并不能确定功的数值。功是一个过程量，只有当系统
A
B
的状态发生变化经历一个过程，才可能有功；经历不同的过程，
F
功的数值一般而言是不同的。
3表面张力的功
D
C
液面因存在表面张力而有收缩趋势，要加大液面就得作功。设想一沾有液膜的铁丝框ABCD图215。长为2αl的力作
图215
用在BC边上。要使BC移动距离△x，则外力F作的功为
WF△x2αl△xα△S。
式中α为表面张力系数，α指表面上单位长度直线两侧液面的相互拉力，△S指BC移动
中液膜两个表面面积的总变化。外力克服表面张力的功转变为液膜的表面能。
由此可见，作功是系统与外界相互作用的一种方式，也是两者的能量相互交换的一
种方式。这种能量交换的方式是通过宏观的有规则运动来完成的。我们把机械功、电磁
功等统称为宏观功。
2．1．3、热力学第一定律当系统与外界间的相互作用既有做功又有热传递两种方式时，设系统在初态的内能
E1，经历一过程变为末态的内能E2，令EE2E1。在这一过程中系统从外界吸收
的热量为Q，外界对系统做功为W，则△EWQ。式中各量是代数量，有正负之分。系
f高中物理竞赛热学教程第二讲热力学第一定律
统吸热Q＞0，系统放热Q＜0；外界做功W＞0，系统做功W＜0；内能增加△E＞0，内能减少△Er