Ich lese die Moran's Fundamentals of Engineering Thermodynamics. Er gibt die thermodynamische Definition von Arbeit als:
Eine bestimmte Wechselwirkung wird als Arbeitswechselwirkung kategorisiert, wenn sie das folgende Kriterium erfüllt, das als thermodynamische Definition von Arbeit angesehen werden kann: Arbeit wird von einem System an seiner Umgebung verrichtet, wenn die einzige Wirkung auf alles außerhalb des Systems die Erhebung hätte sein können von einem Gewicht . Beachten Sie, dass das Anheben eines Gewichts tatsächlich eine Kraft ist, die über eine Entfernung wirkt, sodass das Konzept der Arbeit in der Thermodynamik eine natürliche Erweiterung des Konzepts der Arbeit in der Mechanik ist. Der Test, ob eine Arbeitsinteraktion stattgefunden hat, besteht jedoch nicht darin, dass die Erhebung eines Gewichts tatsächlich stattgefunden hat oder dass eine Kraft tatsächlich über eine Distanz gewirkt hat, sondern dass die einzige Wirkung eine Erhöhung der Erhebung gewesen sein könnte ein Gewicht.
Ich kann nicht verstehen, was er eigentlich mit dieser thermodynamischen Definition von Arbeit gemeint hat. Was bedeutet eigentlich Gewichtserhöhung in dieser Definition?
Er sagte, die thermodynamische Arbeit sei die Erweiterung der mechanischen Arbeit.
Bitte helfen Sie mir, es zu verstehen.
Die Essenz der thermodynamischen Arbeit besteht darin, dass die Energie aller Teilchen im System gleichermaßen erhöht (oder gesenkt) wird. Dies ist der Fall, ob wir ein Gewicht anheben, eine Oberfläche dehnen, um mehr Fläche zu haben, ein Gas unter Druck setzen, etwas mit einem elektrischen Feld polarisieren, etwas magnetisieren, es elastisch verformen und so weiter.
Wenn das System sehr kalt ist, reichen der Referenzzustand und eine Historie der Arbeit tatsächlich aus, um alles zu wissen, was es über jedes Teilchen zu wissen gibt (in einem relativen Sinne zur Zufälligkeit und Unsicherheit eines heißen Systems).
Die am besten zugängliche physikalische Analogie, um diese einheitliche Energieänderung darzustellen, ist vielleicht das Heben eines Gewichts, also verwendet Moran dies als Beispiel. Das Ziel besteht darin, die Arbeit von den beiden anderen Arten zu unterscheiden, einem System Energie hinzuzufügen: Hinzufügen von mehr Material und Erhitzen. Bei letzterem – der Erwärmung – verändern wir die Energiezustandsverteilung, also die Orts- und Impulsstreuung der einzelnen Teilchen. Im Gegensatz dazu ändert die Arbeit diese Streuung nicht.
(Im Großen und Ganzen könnte die Dichotomie zwischen Arbeit und Wärme mit der Dichotomie des Durchschnitts und der Standardabweichung einer einfachen Verteilung wie der Gaußschen Verteilung verglichen werden. Änderungen an der Verteilung können entkoppelt werden, indem sie ihre zentrale Position oder ihren Durchschnitt ändern und ihre Breite ändern oder Standardabweichung. Wenn Ihnen diese Analogie jedoch nicht hilfreich oder vertraut ist, ignorieren Sie sie bitte, um Verwirrung zu vermeiden.)
McQuarrie in Statistical Mechanics formuliert es in einer etwas differenzierteren Behandlung wie folgt:
Eine molekulare Interpretation der thermodynamischen Arbeit ist also eine Änderung der quantenmechanischen Energiezustände des Systems, die die Population über ihnen festhält ... [Im Gegensatz dazu], wenn eine kleine Menge Wärme aus der Umgebung absorbiert wird, die Energie Zustände des Systems ändern sich nicht ( Und festgelegt sind), die Bevölkerung dieser Staaten jedoch schon.
Auch hier geht es darum, Arbeit im Gegensatz zu Wärme zu definieren: eine Steigerung der Energien aller Teilchen im Gleichklang, praktisch gesehen wie das Heben eines Gewichts.
Betrachten Sie als weiteres physikalisches Beispiel zwei Schwungräder, die auf ungefähr 0 K abgekühlt sind und deren gesamtes Gewicht auf dem Radius r verteilt ist. Ich drehe sie in entgegengesetzte Richtungen und drücke sie dann zusammen, um sie durch Reibung zum Stillstand zu bringen (bei einer Endtemperatur T). Indem ich sie hochdrehte, arbeitete ich; Beachten Sie, dass die Impulse der konstitutiven Moleküle perfekt geclustert blieben, mit im Wesentlichen keiner Streuung. Mit anderen Worten, wenn ich die Position eines Moleküls kannte, dann kannte ich seinen Impuls fast genau: Drehung entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn.
Nach dem Bremsen sind die Gesamtenergie sowie der lineare und der Drehimpuls des gesamten Systems unverändert, aber jetzt sind die Räder relativ heiß, die Moleküle schwingen energisch, und ich habe keine Ahnung vom Impuls eines bestimmten Moleküls. Die Verteilung der Teilchenenergien wurde durch die Umwandlung von kinetischer Energie in thermische Energie wesentlich verbreitert. Das gleiche Ergebnis ergäbe sich, wenn man die zunächst bewegungslosen Räder auf die Temperatur T erhitzen würde.
Chet Miller
Es i
Bob D
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