Trykkvolum (PV) Arbeid

for å beskrive dette trykkvolumarbeidet (PV-arbeid), vil vi bruke slike imaginære rariteter som friksjonsløse stempler, som ikke involverer noen bestanddel av motstand, og ideelle gasser, som ikke har noen attraktive eller frastøtende interaksjoner. Tenk deg for eksempel en ideell gass, begrenset av et friksjonsløst stempel, med internt Trykk Pint Og innledende volum Vi (Figur \(\PageIndex{2}\)). Hvis \(p_{ext} = P_{int}\), er systemet i likevekt; stempelet beveger seg ikke, og det er ikke gjort noe arbeid. Hvis det ytre trykket på stempelet (Pext) er mindre Enn Pint, vil den ideelle gassen inne i stempelet ekspandere, og tvinge stempelet til å utføre arbeid på omgivelsene; det vil si at sluttvolumet (Vf) vil være større enn \(V_i\). Hvis \(p_{ext} > P_{int}\), vil gassen bli komprimert, og omgivelsene vil utføre arbeid på systemet.

hvis stempelet har tverrsnittsareal \(A\), er det ytre trykket som stempelet utøver, per definisjon kraften per område:volumet av et tredimensjonalt objekt med parallelle sider (for eksempel en sylinder) er tverrsnittsarealet ganger høyden (V = Ah). Omarrangere For å gi F = PextA og definere avstanden stempelet beveger seg (d) som Δ, kan vi beregne størrelsen på arbeidet som utføres av stempelet ved å erstatte I Ligning 7.4.1:

\

endringen i volumet av sylinderen (Δ) når stempelet beveger seg en avstand d er Δ = Enδ, som vist I Figur \(\PageIndex{3}\). Arbeidet som utføres er således

\

arbeidsenhetene oppnådd ved hjelp av denne definisjonen er korrekte for energi: trykk er kraft per arealenhet (newton/m2) og volum har enheter av kubikkmeter, så

\

hvis vi bruker atmosfærer For P og liter For V, får Vi enheter Av l * atm for arbeid. Disse enhetene tilsvarer energienheter, som vist i de forskjellige verdiene til den ideelle gasskonstanten R:

\

Dermed 0,08206 l·atm = 8,314 J og 1 L * atm = 101,3 J.

Om arbeid er definert som å ha et positivt tegn eller et negativt tegn, er et spørsmål om konvensjon. Varmestrøm defineres fra et system til omgivelsene som negativt; ved å bruke den samme tegnkonvensjonen definerer vi arbeid utført av et system på omgivelsene som å ha et negativt tegn fordi det resulterer i overføring av energi fra et system til omgivelsene. Dette er en vilkårlig konvensjon og en som ikke er universelt brukt. Noen ingeniørdisipliner er mer interessert i arbeidet på omgivelsene enn i arbeidet som utføres av systemet, og bruker derfor motsatt konvensjon. FORDI Δ > 0 for en utvidelse, Må Ligning 7.4.4 skrives med et negativt tegn for å beskrive PV-arbeid utført av systemet som negativt:

\

arbeidet utført av en gass som ekspanderer mot et eksternt trykk, er derfor negativt, tilsvarende arbeid utført av et system på omgivelsene. Omvendt, når en gass komprimeres av et eksternt trykk, ER Δ < 0 og arbeidet er positivt fordi arbeidet utføres på et system av omgivelsene.

Anta For eksempel at systemet under studien er en masse damp oppvarmet ved forbrenning av flere hundre pund kull og innelukket i et sylinderhus et stempel festet til veivakselen til en stor dampmotor. Gassen er ikke ideell, og sylinderen er ikke friksjonsløs. Likevel, når damp kommer inn i motorkammeret og den ekspanderende gassen skyver mot stempelet, beveger stempelet seg, så nyttig arbeid utføres. FAKTISK lanserte PV work Den Industrielle Revolusjonen i det 19. århundre og driver forbrenningsmotoren som de fleste av oss fortsatt stoler på for transport.

i motsetning til intern energi er arbeid ikke en tilstandsfunksjon. Vi kan se dette ved å undersøke Figur \(\PageIndex{4}\), hvor to forskjellige to-trinns veier tar et gassformig system fra en opprinnelig tilstand til en endelig tilstand med tilsvarende temperaturendringer. I vei A økes volumet av en gass i utgangspunktet mens trykket forblir konstant (trinn 1); deretter reduseres trykket mens volumet forblir konstant (trinn 2). I bane B er rekkefølgen av trinnene reversert. Temperaturene, trykket og volumene til de første og endelige tilstandene er identiske i begge tilfeller, men mengden arbeid som er angitt av de skyggefulle områdene i figuren, er vesentlig forskjellig. Som vi kan se, avhenger mengden arbeid av banen tatt fra (\(V_1\), \(P_1\)) til (\(V_2\), \(P_2\)), noe som betyr at arbeid ikke er en tilstandsfunksjon.