Was ist positiv? was ist negativ? über Gesetze Thermodynamik ... von Problem lösen

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik ist eine Energiebilanz, die eine Wiederholung des Energieerhaltungssatzes ist. Da das Symbol für Energie "E" ist und das Standardsymbol für innere Energie von "U" verwendet wird, addiert sich alle Energie, die in ein System eintritt, zur inneren Energie und alle Energie, die ein System verlässt, wird von der inneren Energie abgezogen. In Gleichungsform lautet dies:

$\Delta U = E_{in} - E_{out}$

Beachten Sie, dass sowohl Arbeit als auch Wärme Energieformen sind und dass unter normalen Bedingungen Arbeit, die einem Prozess hinzugefügt wird, durch dissipative Prozesse (z. B. Reibung) als Wärme endet. Da Arbeit und Wärme aus energetischer Sicht äquivalent sind, kann der erste Hauptsatz der Thermodynamik einfach für jeden einzelnen Prozess geschrieben werden, wie unten beschrieben:

1) Bei einem Prozess, bei dem Wellenarbeit zum Pumpen eines Fluids verwendet wird, tritt Arbeit in das System ein. Angenommen, die Flüssigkeit muss aus irgendeinem Grund auch erwärmt werden, sodass auch Wärme in das System gelangt. Für diesen Vorgang würde die Gleichung gelten

$\Delta U = W_{in} + Q_{in}$

2) Für ein Kühlsystem wird Wellenarbeit verwendet, um ein Kältemittel zu komprimieren, Wärme wird an die Umgebung abgegeben, um das Kältemittel zu kondensieren, der Kältemitteldruck wird über ein Expansionsventil gesenkt, und Niedertemperaturwärme wird vom Kältemittel absorbiert, um es zu halten etwas cooles. Das bedeutet, dass es für dieses System zwei Wärmeterme im ersten Hauptsatz gibt, was zu folgender Gleichung führt:

$\Delta U = W_{in} + Q_{in} - Q_{out}$

Da es sich um einen Kreisprozess handelt,$\Delta U = 0$Daher muss die dieses System verlassende Wärmemenge größer sein als die vom Kältemittel aufgenommene Wärmemenge, da die vom Kompressor geleistete Arbeit in Wärme umgewandelt wird, die an die Umgebung abgegeben werden muss.

Die obigen Beispiele veranschaulichen eine Möglichkeit, den ersten Hauptsatz der Thermodynamik zu konstruieren, der die Verwirrung minimiert, die sich aus der Entscheidung ergeben kann, ob Arbeit positiv oder negativ ist. Da Arbeit und Wärme aus thermodynamischer Sicht äquivalent sind, werden allen Energietermen willkürlich positive Werte zugewiesen. Danach wird jede Energie, die in ein System eintritt, zur inneren Energie addiert und jede Energie, die ein System verlässt, wird von der inneren Energie subtrahiert.

Bei Verwendung dieser Methode für Problem 3 in der geposteten Frage ist der Behälter mit flüssigem Natrium das System, und dieser Behälter hat 300 J Wärme an die Umgebung abgegeben. Auch bei dieser Wärmeabgabe an die Umgebung gewann das System 250 J an innerer Energie. Das bedeutet, dass das Problem wie folgt funktioniert:

$\Delta U = E_{in} - E_{out}$

Es ist offensichtlich, dass Wärme das System verlassen hat, aber es ist nicht offensichtlich, ob Arbeit in das System eingetreten oder es verlassen hat. Nehmen Sie an, dass Arbeit in das System eingegeben wurde. Wenn die erste Gesetzgleichung nach Arbeit gelöst wird und der Arbeitsterm positiv ist, war diese Annahme richtig. Wenn der Arbeitsterm negativ ist, war die Annahme falsch und die Arbeit hat das System verlassen. Somit gilt folgende Lösung:

$\Delta U = W_{in} - Q_{out}$

$\Delta U + Q_{out} = W_{in}$

250J + 300J = 550J =$W_{in}$

Somit betrug die in das System investierte Arbeit 550 J.

Stellen Sie sich das so vor. Wenn die Nettoenergie das System verlässt, kommt es zu einer Verringerung (negativen Änderung) der inneren Energie. Wenn die Nettoenergie in das System einfließt, wird es eine Zunahme (positive Änderung) geben. Auf dieser Grundlage ist die Änderung der inneren Energie für 1, 2 und 3 jeweils negativ, positiv und positiv. Hinsichtlich der Form der Gleichung für das erste Gesetz werden nun zwei Konventionen verwendet .

In der Physik und den Ingenieurwissenschaften ist der heute gebräuchlichste Ausdruck für den ersten Hauptsatz die Clausius-Form

Beispielsweise verwendet das Handbuch für die NCEE-Grundlagenprüfung (FE) zum Berufsingenieur diese Gleichung. Es gibt jedoch eine Tendenz zur Verwendung des Vorzeichenwechsels. Siehe Wikipedia.

In diesem Fall,$W$ist positiv, wenn Arbeit vom System verrichtet wird (Arbeit aus, Energie aus) und negativ, wenn am System verrichtet wird (Arbeit rein, Energie rein). Diese physikalische Ableitung ergibt sich hauptsächlich aus einer Vektorkonvention der Arbeit. Arbeit gilt als positiv, wenn die Richtung der Kraft gleich der Richtung der Verschiebung ist. Etwas leistet positive Arbeit, wenn es Energie auf etwas anderes überträgt.

Die International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) verwendet das unten stehende Formular, und dieses Formular wird in Chemiekursen gelehrt.

In diesem Fall$W$ist negativ, wenn Arbeit vom System verrichtet wird (Arbeit aus, Energie aus) und positiv, wenn am System verrichtet wird (Arbeit rein, Energie rein). Dies ist genau die gleiche Konvention wie bei Wärme (Wärme aus = Energie aus und Wärme ein = Energie ein).

Auch wenn es scheinbar keine Rolle spielt, welchen Ausdruck Sie für Arbeit verwenden, müssen Sie immer überprüfen, welcher verwendet wird. Man muss auch immer konsequent bleiben.

Beide Versionen stimmen mit der folgenden Tatsache überein, wie ich eingangs sagte:

Wenn die Nettoenergie das System verlässt, kommt es zu einer Verringerung (negativen Änderung) der inneren Energie. Wenn die Nettoenergie in das System einfließt, wird es eine Zunahme (positive Änderung) geben.

GOOGLE-SUCHE:

Für das, was es wert ist, habe ich „Erster Hauptsatz der Thermodynamik“ gegoogelt und die Links in der Reihenfolge, in der sie angezeigt wurden, auf die Vorzeichenkonvention überprüft, wenn die erste Hauptsatzgleichung angegeben war. Hier ist, was ich gefunden habe:

Wikipedia (-W)

Hyperphysik (-W)

NASA (-W)

Khan-Akademie (+W)

Enzyklopädie Britanica (-W)

Physik Sokratisch (-W)

Chemed.chem.purdue.edu (+W)

Wissenschaft ABC )(-W)

Thermodynamik (Physik für Idioten)(-W)

Hochschulphysik (opentextbc.ca)(-W)

Solarenergie.tech (-W)

Physik der Universität Boston (-W)

ASME (Amerikanische Gesellschaft für Maschinenbauingenieure) (-W)

Danach habe ich aufgehört.

Hoffe das hilft