Question

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？

Answer 1

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。

Answer 2

若是理想气体，内能只与温度有关，是正比关系。与体积无关

Answer 3

在没有热传递的前提下,气体对外做功内能减少.

Answer 4

增大，当外力上拉活塞时，活塞做功，内能增加

Answer 5

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