Wo sehe ich thermodynamisch die Energie und Entropie eines Balls, der auf den Boden springt, bis er stoppt?

Ich versuche, einige der Konzepte zu verdeutlichen, die ich bisher in meinem thermodynamischen Abenteuer gelernt habe.

Zu diesem Zweck werde ich einen Salat mit diesen Konzepten erstellen, damit ich nicht nur ihre isolierte Definition, sondern auch die praktische Beziehung zwischen ihnen allen sehen kann.

SZENARIO:

Angenommen, ich befinde mich in einem Raum und habe einen Ball in meiner linken Hand.

Angenommen, der Ball ist mein thermodynamisches System, weil ich ihn analysieren möchte. Der Raum ist also die Umgebung.

Angenommen, ich lasse den Ball frei fallen.

THERMODYNAMISCHE PERSPEKTIVE:

Potenzielle Energie ist die Schwerkraft, die den Ball nach unten zieht. All diese potentielle Energie ist Teil der inneren Energie des Systems.

Ein Teil davon , weil ein anderer Teil aus der kinetischen Energie der Teilchen des Systems besteht (sei es ein Gas oder was auch immer).

Es wird daher durch die Luft nach unten schwimmen, auf dem Boden abprallen und wieder nach oben schwimmen ...

...Einige Male, während es seine innere Energie als Wärmestrom verliert , der in die Umgebung gelangt.

Gibt es einen Arbeitsfluss, während der Ball in Kontakt mit der Luft nach unten schwimmt? - Ich sage schwimmen, weil es besser darstellt, dass es einen Widerstand mit der Luft gibt, fallende Geräusche zu leicht -

Es gibt einen positiven Arbeitsfluss, wenn der Ball den Boden berührt, weil er sein Volumen komprimiert und somit Arbeit am System verrichtet wird.

Es gibt einen negativen Arbeitsfluss, wenn der Ball vom Boden zurückprallt, weil er sich wieder ausdehnt, und daher das System die Arbeit erledigt.

Entropie ist die Freiheit des Systems, die Möglichkeit zu haben , sich in "Entropie"-Menge verschiedener Mikrozustände zu versetzen, wo kann ich diese Entropie sehen?

Beim Fallen erhält der Raum den Wärmestrom, sodass der Raum seine Entropie erhöht, während der Ball selbst Entropie verliert?

Aber während er gegen die Schwerkraft "aufschwimmt", gewinnt der Ball wieder an Entropie (nicht so viel wie beim vorherigen Aufprall, weil er nicht so hoch wird).

Was ist, wenn der Raum sehr heiß und der Ball sehr kalt ist? Wenn keine Wärme aus dem Ball abfließt, verliert er dann beim Fallen immer noch innere Energie? Wenn der Raum im Gegensatz zum Ball übertrieben heiß wäre, würde dies dazu beitragen, dass der Ball mehr Energie gewinnt und daher höher springt als zuvor?

Am Ende hat der Ball seine gesamte kinetische Energie verloren und befindet sich im thermischen Gleichgewicht mit dem Raum. Es hat all die Entropie verloren, die es hätte verlieren können, und das ist der Grund, warum es nicht weiter handelt. Wenn es etwas Entropie zu verlieren hätte, würde es definitiv etwas tun (alles geschieht, weil alles dem Universum Entropie liefern will, und es kann nicht nein sagen, bis es seiner Entropie vollständig beraubt ist?).

Sieht aus, als hätten Sie es sehr eilig getippt. Sie müssen Ihre Fragen klarer formulieren. Potenzielle und kinetische Energie sind nicht Teil der inneren Energie des Balls. Sie erscheinen als getrennte Begriffe zusammen mit innerer Energie und Arbeit, dh auf der rechten Seite von Q = Δ U + W .
@Zero Vielen Dank für Ihren Kommentar. Aber im Ernst, ich habe mir die Zeit genommen und es mindestens zehnmal durchgelesen. Ich habe es sogar ein paar Mal bearbeitet. Die Sache ist, all diese Bestätigungen sind da, um korrigiert zu werden. Wir lernen alle nur. Aber zu dem, was Sie sagen und den ersten Satz aus Wikipedia extrahieren: "In der Thermodynamik ist die innere Energie eines Systems die im System enthaltene Energie, einschließlich der kinetischen und potentiellen Energie als Ganzes." Ich sehe immer noch, dass innere Energie aus kinetischer und potentieller Energie besteht, und daher sind diese Teil der inneren Energie. Ich korrigiere dich nicht, wundere mich nur. :)
Ist das eine Frage der Thermodynamik? Ich nahm an, dass der Grund dafür, dass der Ball nicht mehr hüpfte, die drei Newtonschen Gesetze waren.
@ÁlvaroN.Franz Ihre Bemühungen, die Thermodynamik selbst zu studieren, sind lobenswert. Ich würde vorschlagen, dass Sie sich von Wikipedia fernhalten, zumindest lassen Sie es nur Ihren ersten Schritt sein. Lesen Sie einige populärwissenschaftliche Bücher, und ich würde „Laws of thermodynamics“ von Peter Atkins empfehlen.

Antworten (2)

Wir können davon ausgehen, dass das gesamte System {Kugel + Gas + Raum} isoliert ist, sodass die Gesamtenergie über die Zeit konstant ist. Selbst in diesem Fall, in dem die Gesamtenergie gleich bleibt, kann sich das System in Richtung eines Makrozustands mit höherer Entropie als ursprünglich entwickeln. Entropie ist hier im Sinne der Anzahl der mit einem gegebenen Makrozustand kompatiblen Mikrozustände des Systems {Kugel + Gas + Raum} zu verstehen. Nun wird der Makrozustand für ein solches System durch die Geschwindigkeitsverteilung des Massenschwerpunkts der Kugel und der Temperatur des gesamten Systems (Temperatur der Kugel und Temperatur des Gases und möglicherweise der Temperatur der Wände des Raums) charakterisiert. .

Beim Zusammenstoß mit den Molekülen des Gases und den Wänden gibt die Kugel ungefähr so ​​viel Energie an ihre Umgebung ab, bis sie ungefähr die gleiche kinetische Energie wie ein Molekül hat. Da er Energie abgibt, verliert der Ball nicht wirklich Entropie (erstens, weil sich seine eigene Entropie nicht viel ändert, und zweitens, weil die Bewegung seines Massenschwerpunkts nicht viel zur Entropie des Systems als Ganzes beiträgt), aber er trägt dazu bei um die Entropie des Gases zu erhöhen, das nun mehr Energie hat. Da das Gas mehr kinetische Energie hat, hat es mehr Mikrozustände, die mit diesem neuen kinetischen Energiezustand kompatibel sind, und daher ist die Entropie des Gases größer als zuvor.

Jetzt kommentieren Sie den Punkt

Am Ende hat der Ball seine gesamte kinetische Energie verloren und befindet sich im thermischen Gleichgewicht mit dem Raum. Es hat all die Entropie verloren, die es hätte verlieren können, und das ist der Grund, warum es nicht weiter handelt. Wenn es etwas Entropie zu verlieren hätte, würde es definitiv etwas tun (alles geschieht, weil alles dem Universum Entropie liefern will, und es kann nicht nein sagen, bis es seiner Entropie vollständig beraubt ist?).

Ich bin mir nicht sicher, ob dies die richtige Formulierung ist. Der Ball allein muss keine Entropie verlieren, damit die Entropie des Universums zunimmt. Entropie ist nicht etwas, das konserviert wird, sondern etwas, das erzeugt wird. Es passiert einfach so, dass eine Kugel mit Masse M B mit Geschwindigkeit gehen v → B so dass M B | | v → B | | ≫ M k B T (Wo M ist die Masse eines Moleküls) zwangsläufig eine Situation, die dem Gas und den Wandmolekülen mehr Möglichkeiten bietet, neue Bewegungszustände einzunehmen, die unzugänglich waren, bevor der Ball seine Energie freigab; so entsteht in diesem Fall Entropie.

Wenn der Raum sehr heiß und der Ball sehr kalt ist, gewinnt Ball etwas Energie in Form von Wärme aus dem Raum.

Aber diese Wärmeenergie wird nicht zu seiner potentiellen Energie beitragen. Mit anderen Worten, Wärmeenergie wird nicht in kinetische Energie umgewandelt, während der Ball herunterfällt.

In diesem Szenario springt der Ball also nie höher zurück als früher.

Annahme: Wärmegewinn verändert die Materialeigenschaften der Kugel nicht.

Wo sehe ich thermodynamisch die Energie und Entropie eines Balls, der auf den Boden springt, bis er stoppt?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v