可逆膨胀的定义:在一系列无限接近内压(被压缩气体的压强)和外压相等下的膨胀。
由于对理想气体有PV=nRT,在恒温条件下,可以以V为横轴,气压P为纵轴画一条双曲线。
上面三种膨胀过程,初始外压P(环)都为P1,第一种一次性拿掉一部分砝码,使外压变为P2;第二种分三步减少到P2;第三种无限步,每步近似看作在活塞上面一堆沙中拿走一粒,外压减少非常小,气体膨胀一下,内压与外压相等,再拿走一粒,如此无限反复,到外压变为P2。
上面的阴影是气体对外做的功,外压P(环)对V的积分。可以看到第三种面积最大。W1 现在反过来压缩,第一种方法一次性加还原,从P2变成P1,第二种三部加回去,第三种无限步。 再算外压P(环) 对体积V积分,第一种面积最大,外界对气体做了最大功,并且不等于气体对外所做的功W1;第二种次之,第三种最小,且与刚才的过程气体对外做功相等,是最小的面积,也就是图上W3。 这样第三种膨胀时气体对外界、压缩后外界对气体做的功相等,就还原了,是可逆的,但是只是理想条件啊,实际不存在。 第三种就是可逆膨胀,前两种不可逆。
可逆膨胀,就是可以逆转物体膨胀前后的外观状态,比如我们喝的瓶装矿泉水结冰后,瓶子就被撑得涨起来,体积变大,这也是膨涨的一个形式,待冰融化后,瓶子又恢复了初始状态,体积不变。具有循环使用性
不可逆膨胀就是经过一次膨胀发泡后无法恢复原来的状态,比如小时候家里用玉米炒的爆米花,生的玉米受到高温作用膨胀,炒好的爆米花体积上比原来大,以外力无法使其恢复生的玉米那种初始状态,不具有循环使用性。