6.5:
Количественная оценка работы
6.5:
Количественная оценка работы
По мере того как система претерпевает изменения, ее внутренняя энергия может меняться, и энергия может передаваться из системы в окружающую среду или из окружающей среды в систему.
Передача энергии происходит за счет тепла и работы. Взаимосвязь между внутренней энергией, теплом и работой представлена уравнением:
В то время как тепло является функцией наблюдаемого изменения температуры, работа является функцией наблюдаемого изменения объема, называемого работой давления-объема. Рабочий (w) может быть определен как усилие (F), действующее через расстояние (D).
Работа по давлению-объему (или работа по расширению) происходит, когда система отталкивает окружающую среду от сдерживающего давления или когда окружающая среда сжимает систему. Пример этого происходит во время работы двигателя внутреннего сгорания. Реакция горения бензина и кислорода экзотермична. Часть этой энергии выделяется в виде тепла, а часть выполняется в виде работы за счет расширения газов в цилиндре, тем самым выталкивая поршень наружу. Вещества, участвующие в реакции, – это система, а двигатель и остальная вселенная – это окружение. Система теряет энергию как при нагревании, так и при работе с окружающей средой, а ее внутренняя энергия уменьшается.
При увеличении объема цилиндра (т.е. газ расширяется) он толкает его против внешней силы, которая представляет собой давление, определяемое как сила на единицу площади.
Из уравнений 2 и 3:
Произведение площади и расстояния (A × D) равно изменению объема (ΔV) газа в баллоне.
Поэтому
Так как объем увеличивается во время расширения, VFinal > Vinitial, и ΔV является положительным. Однако для положительного расширения (т.е., когда система работает над окружающей средой), w должно быть отрицательным, и поэтому к уравнению добавляется отрицательный знак.
В соответствии с этим уравнением работа давления-объема равна отрицательному значению внешнего давления (или противоположного давления), умноженным на изменение объема.
Единица измерения, основанная на этом уравнении, — L·atm. Некоторые другие полезные коэффициенты преобразования:
Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 5.3: Энтальпия.
“Suggested Reading
- Schmidt-Rohr, Klaus. "Expansion work without the external pressure and thermodynamics in terms of quasistatic irreversible processes." Journal of Chemical Education 91, no. 3 (2014): 402-409.
- Gislason, Eric A., and Norman C. Craig. "General definitions of work and heat in thermodynamic processes." Journal of Chemical Education 64, no. 8 (1987): 660.
- O'Loane, J. Kenneth. "Adiabatic changes: Reversible and irreversible changes involving only pressure-volume work." Journal of Chemical Education 30, no. 4 (1953): 190.