压力体积图
| 热力学 |
|---|
| File:Carnot heat engine 2.svg |
压力体积图（pressure–volume diagram）也称为压力-容积循环（pressure–volume loop）或PV图[1]，是用来叙述系统内体积和压强变化的图。常见于热力学、心血管生理学和呼吸生理学。
PV图一开始曾称为“指标图”（indicator diagrams），是在18世纪时发展，是研究蒸汽机效率所需的工具。
说明[编辑]
PV图会将一个或多个热力学过程中，压力P对体积V的变化绘出。在热力学里，常会用多个热力学过程形成热力学循环，因此当完成一个循环，系统的状态不会变化，也就是设备的压力和体积回到初始值[来源请求]。
图中是理想热力学循环的PV图。其中有数个状态（标示1至4）。各状态之间的路径为热力学过程（标示A至D），其中系统的压力、体积会变化。
此图中有一个重要的特性，是系统以作功产生的能量（或吸收的能量）是可量测的，因为其净功是四条线所封闭的面积。 在图中，过程1-2-3产生功的输出，但过程3-4-1需要较小的能量输入，来让系统恢复到原始状态，因此净功是这两者的差。 上图是高度理想化的图，各线段都是水平线或垂直线，且夹角为直角。实际设备中的图案会更加复杂[来源请求]
历史[编辑]
PV图，之后称为指标图（indicator diagram）是在1796年由詹姆斯·瓦特和他的员工John Southern所提出[2]。利用一个和活塞同步移动的平台来记录体积，压力则是由压力计来记录，其移动方向和活塞运动方向垂直。会利用铅笔来绘图[来源请求]。瓦特用此图对蒸汽引擎的性能作了大幅的提升。
应用[编辑]
热力学[编辑]
[3] 。压力体积图会记录蒸气的压强和气缸中蒸气体积，而蒸气引擎会透过活塞周期运动。透过图可以计算所作的功，因此可以量测引擎输出的功[4]
若要精确的计算系统所做的功，需要针对压力相对体积的积分，这就是压力体积图中过程所包围的面积[来源请求]。
有些情形下会在横轴标示比容而不是体积，其面积就是单位质量所做的功（单位：J/kg）[来源请求]。
相关条目[编辑]
参考资料[编辑]
- ^ Nosek, Thomas M. Section 3/3ch5/s3ch5_16. Essentials of Human Physiology. （原始内容存档于2016-03-24）.
- ^ Bruce J. Hunt (2010) Pursuing Power and Light, page 13, The Johns Hopkins University Press ISBN 0-8018-9359-3
- ^ Walter, John. The Engine Indicator (PDF): xxv–xxvi. 2008. （原始内容 (PDF)存档于2012-03-10）.
- ^ Richard L. Hills and A. J. Pacey (January 1972) "The measurement of power in early steam-driven textile mills," Technology and Culture, vol. 13, no. 1, pages 25–43.
书目[编辑]
- Cardwell, D. S. L. From Watt to Clausius: The Rise of Thermodynamics in the Early Industrial Age. Heinemann: London. 1971: 79–81. ISBN 0-435-54150-1.
- Miller, D. P. The Mysterious Case of James Watt's '"1785" Steam Indicator': Forgery or Folklore in the History of an Instrument?. International Journal for the History of Engineering & Technology. 2011, 81: 129–150. S2CID 109538193. doi:10.1179/175812110x12869022260231.
- Pacey, A. J. & Fisher, S. J. (1967) "Daniel Bernoulli and the vis viva of compressed air", The British Journal for the History of Science 3 (4), p. 388–392, doi:10.1017/S0007087400002934
- British Transport Commission (1957) Handbook for Railway Steam Locomotive Enginemen, London : B.T.C., p. 81, (facsimile copy publ. Ian Allan (1977), ISBN 0-7110-0628-8)
外部链接[编辑]
- Walter, John. The Engine Indicator. A collectors' guide to mechanical and optical/mechanical designs, 1800 to date. Canadian Museum of Making.
- Diagram at cvphysiology.com
- Interactive demonstration at davidson.edu
- Lohff B. 1899: the first mathematical description of the pressure-volume diagram by Otto Frank (1865-1944). Sudhoffs Arch. 1999, 83 (2): 131–51. PMID 10705804.