Wie kann das Entfernen von Energie aus einem System funktionieren? (Eis)

Wasser, das zu Eis gefriert, dehnt sich aus, beschädigt Straßen, bricht Felsen usw.

Nach meinem Verständnis verrichtet dies Arbeit (im physikalischen Sinne), indem dem System Energie entzogen wird . Wie ist das möglich?

Könnten Sie klarstellen, was Sie fragen? Wasser verliert beim Gefrieren innere Energie, die sich dann als Arbeit ausdrückt (gemäß dem ersten Hauptsatz ), also nichts Ungewöhnliches ... Fragen Sie stattdessen nach den eigentlichen molekularen Mechanismen, die an dem Prozess beteiligt sind?
Ist das Ihre Frage: Wenn Wasser gefriert, verlässt Energie das System als Wärme und Energie verlässt das System als Arbeit, also wie passiert das? Wenn das Ihre Frage ist, drückt Ihre Formulierung es nicht gut aus.

Antworten (6)

Es gibt keine Inkonsistenz. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik sagt Ihnen, dass bei jedem Prozess die innere Energie U jedes einfachen kompressiblen Systems zufrieden stellen Δ U = W + Q wo hier W ist die vom System empfangene Wärme und Q die von ihm aufgenommene Wärme .

Beim Übergang von Wasser zu Eis wirkt der Teil des Systems, der den Phasenwechsel erfährt, auf seine Umgebung, da sein Volumen geringfügig zunimmt. Das einzige, was es Ihnen sagt, ist das Δ U sogar kleiner, als wenn man nur die dem System entzogene Wärme berücksichtigen würde.

Es gibt also keinen Widerspruch auf der ersten Rechtsebene. Was Sie jetzt nicht wollen, ist ein Widerspruch auf der Ebene des zweiten Gesetzes bei festem Druck und fester Temperatur während der Phasenkoexistenz. Und auch auf dieser Seite gibt es keine Bedenken, denn gerade das zweite Gesetz erzwingt den Phasenwechsel überhaupt.

Klassischer Fall bei Gas: Rohr verkehrt herum auf die Wasseroberfläche legen, Rohr kühlen und die Luft wird kälter und Wasser aufsaugen.

Denken Sie in Ihrem Fall daran, dass die Umwandlung von Eis in Wasser Energie kostete. Daher müssen Sie dem Eis Wärme oder Kollisionen zuführen (Eingabeenergie), um das Eis zum Schmelzen zu bringen.

Es funktioniert, weil es wie eine Wärmekraftmaschine funktioniert , bei der die Energie von etwas mit höherer Energie (Wasser) zu etwas mit weniger Energie (Luft) wandert, um die vom Eis geleistete Arbeit zu erzeugen. Die Luft muss kälter als das Wasser und unter normalen Bedingungen unter 0°C sein, damit das Wasser überhaupt gefriert.

Es ist nur eine weitere Wärmekraftmaschinen-ähnliche Arbeitsweise.

Betrachten Sie die Wasserflüssigkeit an ihrem Gefrierpunkt.

Wenn Wasser gefriert, sinkt seine innere Energie – es entstehen Bindungen.
Die Abnahme der inneren Energie ist gleich der dem Wasser entzogenen Wärme und der Arbeit, die das Wasser bei der Ausdehnung gegenüber seiner Umgebung verrichtet.

Ja. Aber es gibt noch ein bisschen mehr. Das Merkwürdige an Wasser ist, dass beim Herstellen dieser Bindungen der intermolekulare Abstand zunimmt , sodass Arbeit verrichtet wird.

Ich denke, das Rätsel besteht darin, Wärme an die Umgebung abzugeben und gleichzeitig Arbeit an die Umgebung zu verrichten. Dies verstößt sicher nicht gegen den ersten Hauptsatz, da die Energie durch abnehmende innere Energie erhalten bleibt. Und das verstößt auch nicht gegen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik.

Die Wasserstoffbrückenbindungen im Wasser sind wie eine ausgedehnte Quelle, und wenn das Wasser abkühlt, ziehen sich die Quellen zusammen und brechen in Eis (das weniger dicht als Wasser ist). Es ist die potenzielle Energie, die in den Wasserstoffbrückenbindungen gespeichert ist, die die Arbeit erledigen, um die Straßen zu brechen usw., wenn das System Wärmeenergie verliert. Wärmeenergie bewirkt, dass sich die Wasserstoffbrückenbindungen trennen und Flüssigkeit entsteht (oder die Federn sich ausdehnen).

Klingt so, als würden Sie vorschlagen, dass das Volumen für Eis abnimmt ("die Federn ziehen sich zurück"), aber dehnt sich Wasser nicht aus, wenn es gefroren ist?
Ja, Wasser zieht sich beim Gefrieren zusammen, die "Federn" ziehen sich wieder zu einer Struktur zusammen, die weniger dicht ist, als wenn die Wasserstoffatome durch Wärmeenergie getrennt werden.
Dann ist diese Website also falsch? Und dieses Q&A hier auch ?
Was? Nein, sie veranschaulichen, was ich sage! Hitze verursacht Unordnung - Wasser, dichter als Eis. Die Entfernung von Wärme ermöglicht eine Ordnung zurück, wodurch weniger dichtes Eis entsteht. Die potentielle Energie aus den Bindungen ermöglicht das Brechen von Gehwegen. Wenn Wärme entfernt wird, bilden sich Bindungen neu, und die Energie, die in der Feder gespeichert wurde, ist die Natur dieser Bindungen, die es dem Eis ermöglicht, zu brechen und zu brechen, was immer es enthält.
Ahh shucks. Ich habe mich vertippt, ich wollte sagen, dass sich Wasser ausdehnt, wenn es gefroren ist. Ich bin über mich selbst gestolpert, Entschuldigung
Sie sagen, dass sich Wasser zusammenzieht, wenn es gefroren ist, aber alle anderen auf der Welt sagen, dass es sich tatsächlich ausdehnt , wenn es gefroren ist.
Der zweite Kommentar zu diesem Thread war ein Tippfehler, nur dass ich nicht vorsichtig genug war
Wie kann das Entfernen von Energie aus einem System funktionieren? (Eis)
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