绝热、等温与等压过程的区别

绝热系统是指系统内总温度没有变化的系统。气体膨胀时温度下降的过程称为绝热冷却。由于压缩引起的温度升高称为绝热加热。对于大气研究来说，绝热过程至关重要。

等温系统是指温度不变，压力和体积之间关系固定的系统。相变就是一个等温过程的例子。在相变过程中，物质的温度保持不变，尽管热量和体积发生变化。

在等压系统中，压力保持不变，因为等压系统的体积会随着温度变化而膨胀或收缩。例如，如果你把一定量的气体放入冰箱，它的体积会减小，但由于冷却效应，它的压力保持不变。

什么是绝热系统？

在绝热系统或过程中，总热能净变化为零。绝热过程与热力学第一定律之间的关系。这条定律指出，向系统添加热能将改变系统的内能或导致系统做某种形式的工作。这与能量守恒定律（即物质和能量既不能被创造也不能被消灭）的原理有关。热力学规定，系统的热能必须被利用。它要么做功，要么改变系统的内能。它不可能就这样消失。

随着系统压力、体积和温度的变化，热能保持不变。这被称为绝热系统。大多数绝热现象在气体中很容易观察到。在气体中，由于绝热加热，压力升高时温度也会升高。当气体压力降低时，会导致气体温度降低，这称为绝热冷却。由于绝热加热引起的压缩，周围环境会对气体施加力。如果发生绝热冷却，气体将膨胀并对其周围环境施加力。

活塞（例如柴油发动机中的活塞）是绝热过程相关的良好示例。由于活塞的压力增加，气体的体积将减小。当压力降低时，气体可以再次膨胀，驱动活塞。绝热机制控制着这一点。

绝热过程在天气和气候研究中起着至关重要的作用。由于绝热冷却，如果气团被抬升到空中，其温度将会下降。但是，如果一大团空气被压缩到地面，其内部压力将会升高，导致温度升高。正如你在大气中爬得越高，气压下降一样，温度也会下降。“绝热递减率”指的是随着海拔高度增加温度下降的速度。

什么是等温系统？

顾名思义，等温过程是指在周围压力和体积变化的情况下，温度保持不变的过程。在热力学中，玻意耳气体定律描述了压力、温度和体积之间的关系。当一个变量保持恒定时，其他变量会成正比地变化。如果气体的温度保持恒定，则其压力和体积将成反比。

相变说明了等温过程。例如，如果你取水并将其加热到熔点或沸点，压力和温度将保持不变，但相、体积和热能会发生变化。

热机（用于核反应堆、化石燃料发电厂、汽车、飞机和航天器）以及我们现代生活方式的其他关键组成部分都依赖于等温过程。许多其他科学学科也严重依赖等温过程，包括生物学、地质学、空间科学和行星科学。

什么是等压系统？

如果系统内的压力不变，则该过程称为等压过程。在等压条件下，体积和温度成正比。温度升高需要伴随声压升高。一个简单的演示是冷冻气球。内部和外部压力将保持不变，但气球的体积会在冷却时开始减小。

第二个例子是一个活塞，上面放有重物，它在气缸中由热气体上下推动。当温度升高时，膨胀的气体迫使活塞向下移动。如果活塞是静止的，随着气体膨胀，气体压力会增加，从而阻止系统成为等压系统。

某些类型的热机使用等压过程将热能转化为机械功，因此了解这些过程的工作原理对于构建高效的热机至关重要。

区别：绝热、等温与等压

下表突出显示了绝热、等温以及等压过程的特征：

结论

在本文中，我们详细解释了绝热、等温以及等压系统的特征，以及如何区分它们。

Vineet Nanda

更新于：2023年3月1日

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