Wikipedia

Arbeid i termodynamikk

Arbeid utført av eit system i termodynamikk er energien som vert overført frå systemet til eit anna ved hjelp av endringar i dei ytre generaliserte mekaniske restriksjonane til systemet. Slik sett er eit termodynamisk arbeid ei generalisering av konseptet mekanisk arbeid i mekanikk.

Dei ytre generaliserte mekaniske restriksjonane kan vere kjemiske[1], elektromagnetiske[1][2][3] (inkludert stråling[4], som i laser-kraft), gravitasjon[5], eller trykk/volum eller andre enkle mekaniske restriksjonar[6], som moment[4], som i strålingsoverføring. Termodynamisk arbeid er definert til å kunne målast utelukkande ut frå kjennskapen til slike ytre makroskopiske restriksjonsvariablar. Desse makroskopiske variablane opptrer alltid i kopla par, som til dømes trykk og volum[6], magnetisk flukstettleik og magnetisering[2], molbrøk og kjemisk potensial[1]. i SI-system vert arbeid målt i joule (symbol: J). Endringa som arbeidet vert utført i er effekt.

Oversyn endre

Den første termodynamikklova knyter endringar i den indre energien til eit termodynamisk system til to former for energioverføring.

Omgrepet termodynamisk arbeid er meir generelt enn det enkle mekaniske arbeidet, fordi det omfattar andre typar energioverføring i tillegg. Ein særs viktig faktor for å forstå termodynamisk arbeid er heilt og haldent definert av dei ytre generaliserte mekaniske variblane. Den andre forma for energioverføring er varme. Varme vert målt ved endringar i temperaturen til ei kjend kalorimetrisk stoffmengd. Det ligg i essensen til varme at han ikkje er definert av dei ytre generaliserte mekaniske variablane som definerer arbeid. Denne skilnaden mellom arbeid og varme er særs viktig i termodynamikk.

Arbeid syner til former for energioverføring som ikkje endringar i dei ytre makroskopiske fysiske restriksjonane til systemet kan stå for, til dømes energi som går til å utvide volumet til eit system mot eit ytre trykk, ved å drive eit stempel ut av ein sylinder mot ei ytre kraft.

Dette står i kontrast til varme, som er energi transport eller omforma ved mikroskopiske termale partikkelrørsler[7], eller ved varmestråling[8][9] Dette finst berre to makroskopiske varmeoverføringa mellom system: varmeleiing[10] og varmestråling. Det finst fleire former for å omforme energi som kan dukke opp internt i eit system som produserer eller forbruker varme på mikroskopisk nivå: friksjon inkludert viskositet[11], kjemisk reaksjon[1], utviding utan restriksjonar som i jouleutviding og diffusjon, faseovergangar[1]; desse overfører ikkje varme mellom system. Konveksjon av energi er ei form for energitransport, men ikkje, som ein ofte feilaktig trur, ei form for varmeoverføring, fordi kovensjonen i seg sjølv ikkje er ei mikroskopisk rørsler av partiklar eller foton, men ei samla rørsler av vegeleg stoff med ein indre energi. Den nulte lova i termodynamikken tillett berre ei form for temperatur ved likevekt, og det er derfor mogeleg å definere ein makroskopisk variabel til temperatur, nemleg entropi.

Formel endre

I følgje den første lova i termodynamikken, vil ein netto auke i den indre energien, U, til eit termodynamisk system vert gjort reie for i form av varme, δQ, som vert tilført systemet og arbeidet δW utført av systemet:[7]

 [12]

Bokstaven d indikerer totalt differensial, og uttrykker at den indre energien U er ein eigenskap ved tilstanden til systemet. Dei er berre avhengig av den originale tilstanden og den endelege tilstanden, og ikkje korleis ein kjem fram dit. I motsetnad viser den greske delta (δ) i likninga til at varmeovrføring og arbeidsoverføring ikkje er eigenskapar i den endelege tilstanden til systemet. Om ein berre har starttilstanden og sluttilstanden til systemet, kan ein berre sei kvar den endelege endringa i den indre energien er, ikkje kor mykje energi som gjekk med til varme og kor mykje som gjekk med til arbeid. Dette kan oppsummerast med å sei at varme og arbeid ikkje er tilstandsfunksjonar i systemet.[7]

Trykk-volum-arbeid endre

Trykk-volum-arbeid, (eller pV-arbeid) skjer når volumet (V) til eit system vert endra. pV-arbeid vert ofte målt i einingar liter-atmosfærar, der 1L•atm = 101,325J. Liter.atmosfære er ikkje ei SI-eining. pV-arbeid er eit viktig tema innan kjemisk termodynamikk.

pV-arbeid vert representert av den følgjande differensiallikninga:[7]

 

der:

  • W = arbeid utført på systemet
  • p = trykk
  • V = volum
 

Likninga for arbeid over gjeld for alle reversible prosessar i eit lukka system.

Den første lova i termodynamikken kan derfor skrivast

 

Sjå òg endre

Kjelder endre

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Guggenheim, E.A. (1985). Thermodynamics. An Advanced Treatment for Chemists and Physicists, seventh edition, North Holland, Amsterdam, ISBN 0444869514.
  2. ↑ 2,0 2,1 Jackson, J.D. (1975). Classical Electrodynamics, second edition, John Wiley and Sons, New York, ISBN 047143232X.
  3. ↑ Konopinski, E.J. (1981). Electromagnetic Fields and Relativistic Particles, McGraw-Hill, New York, ISBN 007035264X.
  4. ↑ 4,0 4,1 Essex, C., Kennedy, D.C., Bludman, S.A. (2005). "The nonequilibrium thermodynamics of radiation interaction", Chapter 12, s. 603-626 i Variational and Extremum Principles in Macroscopic Systems, ed. S. Sieniutycz, H. Farkas, Elsevier, Amsterdam, ISBN 0080444881.
  5. ↑ North, G.R., Erukhimova, T.L. (2009). Atmospheric Thermodynamics. Elementary Physics and Chemistry, Cambridge University Press, Cambridge (UK), ISBN 9780521899635.
  6. ↑ 6,0 6,1 Kittel, C. Kroemer, H. (1980). Thermal Physics, second edition, W.H. Freeman, San Francisco, ISBN 0716710889.[1]
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 G.J. Van Wylen and R.E. Sonntag, Fundamentals of Classical Thermodynamics, Chapter 4 - Work and heat, (3rd edition)
  8. ↑ Prevost, P. (1791). Mémoire sur l'equilibre du feu. Journal de Physique (Paris), vol 38 s. 314-322.
  9. ↑ Planck, M. (1914). The Theory of Heat Radiation, second edition translated by M. Masius, P. Blakiston's Son and Co., Philadephia, 1914.
  10. ↑ Kondepudi, D. (2008). Introduction to Modern Thermodynamics, John Wiley and Sons, Chichester, ISBN 9780470015988.
  11. ↑ Rayleigh, J.W.S (1878/1896/1945). The Theory of Sound, volume 2, Dover, New York, [2]
  12. ↑ Freedman,Roger A. and Young,Hugh D. (2008). 12th Edition. Chapter 19: First Law of Thermodynamics, page 656. Pearson Addison-Wesley, San Francisco.
Henta frå «https://nn.wikipedia.org/w/index.php?title=Arbeid_i_termodynamikk&oldid=3499856»