Термодинамическая работа

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 Шаблон:Sfn (работа как способ/форма передачи энергииШаблон:Sfn, работа как форма обмена энергиейШаблон:Sfn, работа как особый вид энергии в процессе переходаШаблон:Sfn, то есть как функционал процесса, «не существующий» до процесса, после процесса и вне процессаШаблон:Sfn), так и количественную меру этого действия, то есть величину передаваемой энергииШаблон:Sfn. 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 формеШаблон:Sfn.

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

δ A = (\vec{F} \vec{d r}),

где $\vec{F}$ — сила, а $\vec{d r}$ — элементарное (бесконечно малое) перемещениеШаблон:Sfn. 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 $(p)$ и изменения объёма $(d V)$ :

δ A = p d V,

или в интегральной форме:

A_{1, 2} = \int_{1}^{2} p d V = 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 $F_{i}$ как множителя пропорциональности между величинами элементарной работы $δ A_{i}$ и обобщённого перемещения (обобщённой деформации, обобщённой координаты) $d x_{i}$ , где $i = 1, 2, . . . n, n$ — число степеней свободы:

δ A = \sum_{i = 1}^{n} F_{i} d x_{i} .

Шаблон:Sfn

Величина работы зависит от пути, по которому термодинамическая система переходит из состояния $1$ в состояние $2$ , 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 $A$ , в соответствии с рекомендациями ИЮПАК работу в химической термодинамике следует обозначать как $W$ ^[1], а в технической термодинамике работа обычно обозначается буквами $L$ (мольная) и $l$ (удельная). Впрочем, авторы могут использовать какие угодно обозначения, если только дадут им расшифровку^[2].

См. также

Примечания

Шаблон:Примечания

Литература

Шаблон:Rq

[1] Шаблон:Lang-en

[2] Шаблон:Lang-en

[1]

[2]

Термодинамическая работа

См. также

Примечания

Литература

Навигация

Поиск