Unterschied zwischen zwei Arten von Druck

Als ich mich zum ersten Mal mit Thermodynamik beschäftigte, wurde der Begriff des Drucks durch die fundamentale Beziehung definiert S = S ( U , v , N ) für einfache Systeme. Der Druck wurde somit durch definiert

P = − ( ∂ U ∂ v ) S .

In diesem Fall haben wir ein bestimmtes System mit bestimmten Grenzen und einer bestimmten Grundbeziehung. Wir assoziieren damit einen Druck P so wie das.

Andererseits gibt es viele Bücher, die davon sprechen, dass ein Körper "einem gewissen Druck ausgesetzt" ist.

Um einige Beispiele zu nennen, ich habe bereits Dinge gesagt wie:

  • Finden Sie die Arbeit heraus, die gegen atmosphärischen Druck geleistet wird
  • Ein ideales Gas und ein Kupferblock haben das gleiche Volumen v und Temperatur T bei atmosphärischem Druck
  • Dampf mit konstantem Druck wird in einen Zylinder eingespritzt

Es gibt viele Beispiele, wo in Büchern davon die Rede ist, „gegen einen gewissen Druck“ zu arbeiten, oder dass manche Körper „einem gewissen Druck ausgesetzt“ sind.

Das verwirrt mich sehr. Nach der ersten Definition von Druck ist Druck nicht etwas, dem ein System unterliegt, sondern sollte eher eine Eigenschaft des Systems sein. Beim zweiten Beispiel in der Liste ist beispielsweise klar, dass der genannte atmosphärische Druck nicht der Druck des Systems ist, wie er durch die von mir erwähnte Gleichung definiert ist.

Der Punkt ist: Es scheint zwei Arten von Druck zu geben. Die eine, die durch die von mir gepostete Gleichung definiert ist, die andere, denen diese Drucksysteme "unterliegen" und gegen welche Systeme "arbeiten".

Wie hängen diese beiden Arten von Druck zusammen? Wie wird diese zweite Art von Druck genau definiert und wie verhält sie sich zur ersten?

Im Gleichgewicht müssen der Innen- und der Außendruck gleich sein, daher gibt es keinen sinnvollen Unterschied.
Aber noch einmal, meiner Meinung nach fehlt diesem äußeren Druck eine Definition. Die interne ist genau definiert durch die Gleichung, die ich erwähnt habe. Der externe wurde nicht richtig definiert. Sie sagen also, wenn Leute davon sprechen, dass ein System „einem Druck ausgesetzt“ ist oder „gegen einen bestimmten Druck“ arbeitet, dann ist dieser Druck der äußere Druck, richtig? Aber wie wird es richtig definiert?
Wie genau würden Sie mit der ersten Definition vorgehen, um ein praktisches Problem zu lösen, bei dem es um Arbeit und Wärme geht, insbesondere wenn der Prozess irreversibel ist? Aus praktischer Sicht ist die erste Definition meines Erachtens ohne nennenswerten Wert. Es zeigt nur, wie die Änderungen der inneren Energie und des Volumens zwischen zwei eng benachbarten thermodynamischen Gleichgewichtszuständen bei konstanter Entropie zusammenhängen.

Antworten (2)

In der Mechanik hat Druck eine Definition, P = F / A , Kraft pro Fläche.

Damit ist gemeint, wenn Sie sagen, dass ein System gegen einen äußeren Druck arbeitet. Dann stimmen Ihre beiden Definitionen überein: Nehmen Sie an, ein Kolben drückt auf ein Gas, welche Arbeit leistet er? E = F ⋅ D S . Fügen Sie nun den Bereich ein: E = F ⋅ D S = F A ⋅ A D S = P ⋅ D v .

Sie sehen also, die Energie des Gases nahm zu, und der Druck war der Proportionalitätskoeffizient dazwischen D E Und D v - Das ist nur die Definition, die Sie angegeben haben.

Die von Ihnen angegebene Definition des Drucks ist nur für Systeme gut, für die innere Energie, Volumen und Anzahl der Teilchen angegeben sind. Alle anderen Parameter können somit als Funktion dieser drei ausgedrückt werden. Genau genommen ist es nicht einmal eine Definition, sondern ein Rezept, wie man den Druck misst.

In einem realen System kann es angemessener sein, andere Parameter als angegeben auszuwählen. Im wirklichen Leben kann es schwierig sein, das Volumen konstant zu halten und noch schwieriger, die innere Energie konstant zu halten. Viel häufiger hält man Temperatur und Druck konstant. In diesem Fall verwendet man die freie Energie von Gibbs, um den Zustand des Systems zu beschreiben. Das sind die Fälle, die Sie als Beispiel für die „zweite Art von Druck“ genannt haben.

Wie würden Sie nun Ihren Druck definieren? Nun, genau wie aus dem Geschriebenen folgt - Druck ist etwas, das Sie in Ihrem Experiment festlegen, es ist Kraft pro Flächeneinheit, und um ihn zu erzeugen, können Sie Atmosphäre oder Gewicht usw. verwenden. Diese Kraft wird durch die Kraft ausgeglichen, die von Ihrem System ausgeübt wird. Und wenn Sie diese externe Kraft ändern würden, würde Ihr System Volumen und Entropie anpassen, um den Druck auszugleichen. In Ihrem ersten Beispiel werden das Volumen und die innere Energie vom Experimentator angegeben. Und wenn Sie beispielsweise das Volumen der Kammer ändern, passt Ihr System seinen Druck und seine Temperatur an den neuen Wert des Volumens an.

Aber es ist natürlich in beiden Fällen der gleiche Druck.

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