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释义 gong
功(卷名:物理学)
work

  能量变化的一种量度。在物理学中能量是物质运动的量度,是物质状态的基本参量之一。对物体或系统作功,或者物体和系统对外界作功,物体和系统的状态就有所变化,物体或系统的能量也相应有所增加或减少。例如在重力场中重力对物体作功,势能减少,动能相应增加;电源中的非静电力作功,电能增加,其他能相应减少;电路中的电力作功,电能减少,其他能相应增加。除作功以外,传热也能改变物体和系统的状态,也能引起能量的变化,因此功不是能量变化的惟一量度。
  功的概念在经典力学中首先引入,称机械功。在一些力学著作中,把能量定义为作功的本领,而把功视为力的空间累积效应;又把冲量视为力的时间累积效应。前者改变物体或系统的能量,后者改变物体或系统的动量。
  机械功  物体作直线运动,作用力F又为常力,若力的作用点的位移为s,则F对物体所作的功WFs的标量积,即,式中FsFs的数值,θFs间的夹角,因此功是标量。在SI制中,单位为牛·米(N·m),即焦耳(J)。量纲为L2MT-2
  当物体受力而无位移时,如物体静置于桌面上,虽然桌面对物体有作用力,但并不作功。物体受力并有位移,但力和位移相垂直,该力也不作功,如在水平路上推车前进,重力与车的位移相垂直,重力不作功。物体在外力的方向上有位移,但作用点无位移,外力也不作功,如轮子在地面上作纯滚动,轮缘与地面的接触处无滑动,轮缘与地面间的滑动摩擦力不作功。
  物体作曲线运动,所受力F又是变力时,则须把作用点的位移分割为元位移dr,力F在物体运动dr的过程中作元功F·dr。而从A点到B点,外力所作的功WAB为各元功的总和,可用积分式表示。如果物体作曲线运动,且所受外力与质心的径迹处处垂直,外力也不作功,如向心力对物体不作功,洛伦兹力对磁场中的运动带电粒子也不作功。
  当刚体在力偶M的作用下,有微小的角位移(见角速度)d,则Md就是力偶M所作的元功。当物体受力系的作用有位移和角位移时,可分别按各力的作用点的位移来计算各力所作的功,其和即为总功;如是刚体,也可将力系简化为最少的力和力偶,根据位移和角位移来计算总功W。即W =
  广义功  在一般情况下,系统可通过多种方式和外界交换能量。
  热力学系统可以通过机械的或电磁的相互作用交换能量。在上述过程中,如果系统对外界作一定数量的功,则系统减少等量的内能;外界对系统作功,则系统增加等量的内能。一般情况,当系统对外界作功的同时,往往兼有热量的交换,因此,系统对外界作功的数值,不仅同系统的初、末态有关,还同过程的性质有关。所以,功不是系统状态的函数。因此不能说:“系统在某一状态具有多少功。”功仅在系统状态发生变化时才出现。
  热力学系统同外界通过作功传递能量的具体过程有多种,常见的准静态过程的功,有下面几种:
  ① 当物体在外力F的作用下,位置移动dL时,外力所作的功为F·dL,物体对外界所作的功表为:
δA=-F·dL
  ② 当系统的体积改变dV时,如系统所受的压强为p,系统对外界所作的功为δApdV
  ③ 当取液体表面为系统时,表面积增大dS,系统的表面张力为σ,系统对外界所作的功为
  ④ 当电介质所处的外电场E增大并使电介质极化时,电介质总电矩的增量为dp,系统所作的功为δA=-E·dp
  总之,热力学系统所作的功一般可表示为:

式中xi为决定系统状态的广义坐标,Xi为与xi相应的广义力。可见,作功是系统同外界相互作用的一种方式,当系统在广义力的作用下产生广义位移时,就发生作功(广义功)的过程。在作功过程中,外界同系统交换能量,从而引起系统状态的改变。
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更新时间:2025/4/11 5:07:14