Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




08.03.2021


08.03.2021


08.03.2021


08.03.2021


08.03.2021





Яндекс.Метрика





         » » Термодинамическая работа

Термодинамическая работа

03.02.2021

Под работой в термодинамике, в зависимости от контекста, понимают как действие обмена энергией между термодинамической системой и окружающей средой, не связанное с переносом вещества и/или теплообменом (работа как способ/форма передачи энергии, работа как форма обмена энергией, работа как особый вид энергии в процессе перехода, то есть как функционал процесса, «не существующий» до процесса, после процесса и вне процесса), так и количественную меру этого действия, то есть величину передаваемой энергии. Общая черта всех видов термодинамической работы — изменение энергии объектов, состоящих из очень большого числа частиц, под действием каких-либо сил: поднятие тел в поле тяготения, переход некоторого количества электричества под действием разности электрических потенциалов, расширение газа, находящегося под давлением, и другие. Работа в различных ситуациях может быть качественно своеобразна, но любой вид работы всегда может быть полностью преобразован в работу поднятия груза и количественно учтён в этой форме.

Исходное понятие работы термодинамика заимствует из механики. Механическая работа определяется как скалярное произведение вектора силы на вектор перемещения точки приложения силы:

δ A = ( F → d r → ) , {displaystyle delta A=({overrightarrow {F}}{overrightarrow {dr}}),}

где F → {displaystyle {overrightarrow {F}}} — сила, а d r → {displaystyle {overrightarrow {dr}}} — элементарное (бесконечно малое) перемещение. Современная термодинамика, следуя Клаузиусу, вводит понятие обратимой или термодинамической работы. В случае простой термодинамической системы (простого тела) термодинамической работой называется работа сжимаемого тела в зависимости от абсолютного давления ( p ) {displaystyle (p)} и изменения объёма ( d V ) {displaystyle (dV)} :

δ A = p d V , {displaystyle delta A=pdV,}

или в интегральной форме:

A 1 , 2 = ∫ 1 2 p d V = P m ( V 2 − V 1 ) . {displaystyle A_{1,2}=int _{1}^{2}pdV=P_{m}(V_{2}-V_{1}).}

Интегральное определение удельной термодинамической работы изменения объёма возможно лишь при наличии уравнения процесса в форме уравнения связи давления и удельного объёма рабочего тела.

В общем определении термодинамической работы любых тел и систем тел используется термин обобщённой силы F i {displaystyle F_{i}} как множителя пропорциональности между величинами элементарной работы δ A i {displaystyle delta A_{i}} и обобщённого перемещения (обобщённой деформации, обобщённой координаты) d x i {displaystyle dx_{i}} , где i = 1 , 2 , . . . n ,   n {displaystyle i=1,2,...n,~n} — число степеней свободы:

δ A = ∑ i = 1 n F i d x i . {displaystyle delta A=sum _{i=1}^{n}F_{i}dx_{i}.}

Величина работы зависит от пути, по которому термодинамическая система переходит из состояния 1 {displaystyle 1} в состояние 2 {displaystyle 2} , и не является функцией состояния системы. Это легко доказать, если учесть, что геометрический смысл определённого интеграла — площадь под графиком кривой. Так как работа определяется через интеграл, то в зависимости от пути процесса площадь под кривой, а значит, и работа, будет различна. Такие величины называют функциями процесса.

Несмотря на то, что до сих пор и в физической химии используется обозначение работы A {displaystyle A} , в соответствии с рекомендациями ИЮПАК работу в химической термодинамике следует обозначать как W {displaystyle W} . Впрочем, авторы могут использовать какие угодно обозначения, если только дадут им расшифровку.