Arbeiten an System und Umgebung bei irreversibler adiabatischer Kompression

Bei einem adiabatischen irreversiblen Kompressionsprozess sei der Druck angenommen P e X T komprimiert den Kolben und macht etwas Arbeit sagen 50J. (50 J Energie gehen durch die Umgebung verloren). Da der Druck P ich N T ist kleiner als die P e X T , die Arbeit, die das System beim Umgeben leistet, beträgt -20 J (angenommen). Ein negatives Vorzeichen zeigt an, dass 20 J Energie in meiner Umgebung verloren gehen. Aber zunächst sahen wir, dass die Umgebung 50 J verlor! Wie geht man mit dieser Diskrepanz um? Ich bin sehr verwirrt.

Die innere Kraft pro Flächeneinheit, die das Gas auf den Kolben ausübt, ist nicht kleiner als der äußere Druck (z. B. bei einem masselosen, reibungsfreien Kolben). Nach Newtons 3. Gesetz ist die Kraft, die das Gas auf die innere Kolbenfläche ausübt, gleich und entgegengesetzt zu der Kraft, die die innere Kolbenfläche auf das Gas ausübt. Es ist also eigentlich falsch zu sagen, dass der Innendruck (genauer gesagt die Druckinnenspannung) geringer ist als der Außendruck.
Wie wäre es mit einem praktischen Vorgang, bei dem ein Gasbecher durch zu hohen Außendruck schlagartig komprimiert wird? Und nach dem 3. Gesetz von Newton, Kraft auf Gas aufgrund von Kolben = Kraft auf Kolben aufgrund von Gas. Wir können das nicht: Kraft auf Kolben durch Gas = Kraft auf Kolben durch Umgebung. Weil es zu einem statischen Gleichgewicht kommt, was nicht der Fall ist, den ich oben erwähnt habe
Könnten Sie diese Aussage für mich überprüfen, ist es immer, dass die von Gas an der Umgebung geleistete Arbeit = die von Gas an der Umgebung geleistete Arbeit ist (aufgrund des Drucks, der über die Grenze hinweg gleich ist)? @ChetMiller
@Buraian Im Falle einer irreversiblen Verformung ist es etwas ungenau, die vom Gas auf die Innenfläche des Kolbens (dh seine Umgebung) ausgeübte Kraft pro Flächeneinheit als Druck zu bezeichnen, da die Druckspannung bei einer irreversiblen Verformung dies nicht ist isotrop, und Druck ist eine Einheit, die isotrop ist. Die viskosen Spannungen sind nicht isotrop und addieren (oder subtrahieren) von dem, was man als Druck interpretieren würde. Wenn Sie sich fragen, ob die Arbeit, die die Druckkraft pro Flächeneinheit des Gases auf seine Umgebung verrichtet, gleich der Umgebungsarbeit auf das Gas ist, dann ja.
Danke, das hat die Dinge viel klarer gemacht @ChetMiller Wenn Sie Nikhils Frage ansprechen könnten, wie sich der Kolben bewegen kann, wenn die Gesamtkraft null ist, wäre das auch nett.
@Buraian Ich verstehe Nikils Frage nicht. Können Sie es bitte in besserem Englisch noch einmal ausdrücken? Bei der Übersetzung ist etwas verloren gegangen.
Im Wesentlichen sagt Nikhil, dass, wenn der äußere Druck vom Kolben auf das Gas übertragen wird, das Gas den Kolben um einen gleichen und entgegengesetzten Betrag zurückdrückt. Da nun zwei Kräfte auf den Kolben wirken, die ursprüngliche Kraft aufgrund von Ext P und das Zurückdrücken des inneren Gases, muss es sein, dass die Nettokraft auf den Kolben Null ist und er sich daher nicht bewegen kann @ChetMiller Daher keine Kompression.
@Buraian Sie müssen entscheiden, was Ihr System ist und insbesondere wo Ihr System endet und die Umgebung beginnt. Beinhaltet Ihr System nur das Gas (und der Kolben ist Teil der Umgebung) oder umfasst Ihr System auch den Kolben und die Umgebung beginnt an der Außenseite des Kolbens?
@Buraian. Kennen Sie die Website PhysicsForums.com? Ich schlage vor, dass wir unsere Diskussion auf diese Seite verlegen, wo wir all dies bequemer diskutieren können, einschließlich einer Vorschau der Gleichungen in den Antworten.
@Chet Miller oh danke, ich habe den Kolben zuerst als Teil des Systems und dann als Teil der Umgebung betrachtet, was ein großes Problem verursacht hat. Ich denke, das ist die Antwort auf meine ursprüngliche Frage, dh; Wenn die Umgebung +50 J Arbeit am System (einschließlich des Gaskolbens) geleistet hat, hat das System (genauer gesagt dieser Kolben) gleichzeitig die gleiche Menge an Arbeit, aber mit entgegengesetztem Vorzeichen, an der Umgebung geleistet. Aufgrund des dritten Newtonschen Gesetzes ist die vom System (diesem Kolben) auf die Umgebung ausgeübte Kraft gleich und entgegengesetzt zu der Kraft, die von der Umgebung auf den Kolben (System) ausgeübt wird.
Wir betrachten hier nichts im Zusammenhang mit dem Innendruck, da er sich INNERHALB des Systems befindet und eine Kraft auf die Innenseite des Kolbens ausübt, was bedeutet, dass er eigentlich überhaupt nicht mit der Umgebung interagiert. Danke, ich habe deinen Punkt verstanden.
Ja, ich habe ein Konto, soll ich einen Thread erstellen? Ich weiß nicht, wie ich den Diskussionskontext von den Kommentaren hier zu einem Post dort verschieben soll @ChetMiller
@Buraian Ich nehme an, dass Sie bei PF den Benutzernamen Burian verwenden? Wie auch immer, ich habe einen Thread gestartet, in dem Sie sich einmischen können. Es ist unter Klassische Physik in der Unterkategorie Thermodynamik zu finden

Antworten (1)

Die Kraft, die das Gas auf die Innenfläche des Kolbens ausübt, muss gleich groß und entgegengesetzt zu der Kraft sein, die die Innenfläche des Kolbens auf das Gas ausübt. Daher muss die Arbeit, die das Gas auf den Kolben leistet, immer gleich und groß und im entgegengesetzten Vorzeichen zu der Arbeit sein, die die Innenfläche des Kolbens (dh die Umgebung) auf das Gas leistet.

Das Problem ist, dass man für eine irreversible Kompression oder Expansion das ideale Gasgesetz nicht verwenden kann, um die Kraft, die das Gas auf den Kolben ausübt, oder die vom Gas geleistete Arbeit zu berechnen, da das ideale Gasgesetz nicht für eine irreversible Kompression oder gilt Erweiterung. Das ideale Gasgesetz gilt nur im thermodynamischen Gleichgewicht, das bei einer irreversiblen Kompression oder Expansion nicht vorliegt. Im irreversiblen Fall lernt man beim Studium der Strömungslehre, dass es über das ideale Gasverhalten hinaus viskose Spannungen im Gas gibt, die sich auf die Flächenkraft an der Kolbenfläche (sowie im gesamten Gas) auswirken. .

Im irreversiblen Fall, wenn wir die Arbeit berechnen wollen, bleibt uns nur die Möglichkeit, die äußere Kraft pro Flächeneinheit zu verwenden, die von der Umgebung auf das Gas an der Innenfläche des Kolbens ausgeübt wird (falls bekannt oder angegeben).

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