Apa ekspresi pekerjaan tekanan-volume yang benar? [duplikat]
Buku saya mendefinisikan pekerjaan dalam pekerjaan volume-tekanan sebagai: $$\mathrm{d}w = - P_\mathrm{ext} \mathrm{d}V$$
Namun sebelum melakukannya disebutkan piston menjadi tanpa massa.
Dalam fisika, pekerjaan diartikan sebagai $$\mathrm{d}w = P_\mathrm{in} \mathrm{d}V$$
- Apa definisi kerja tekanan-volume yang benar dalam kimia?
- Apakah definisi pekerjaan, $$-P_\mathrm{ext} dV$$ ubah jika piston tidak bermassa dalam kimia?
PS Pertanyaan saya terutama ditujukan pada ekspresi matematika dari pekerjaan di Kimia, yaitu, 'Apa ekspresi pekerjaan yang paling umum dalam Kimia dalam kaitannya dengan Hukum Pertama'.
Beberapa pengguna telah menyarankan saya untuk memeriksa jawaban tentang konvensi tanda kerja. Saya sangat menghargainya tetapi pertanyaan saya berbeda dan mungkin paling baik ditafsirkan dalam jawaban @Chet Miller.
Jawaban
Pada permukaan piston bagian dalam, tekanan yang diberikan oleh gas pada piston sama dengan tekanan yang diberikan oleh piston pada gas. Ini hanya mengikuti dari hukum gerak ke-3 Newton. Namun, dalam proses yang tidak dapat diubah, tekanan yang diberikan oleh gas pada permukaan piston tidak dapat diperoleh dari persamaan gas ideal (atau persamaan keadaan gas nyata lainnya). Ini karena persamaan keadaan hanya berlaku pada kesetimbangan termodinamika. Jika tidak, tekanan gas pada piston melibatkan tegangan viskos yang tidak hanya bergantung pada volume tetapi juga pada laju perubahan volume gas. Untuk proses yang dapat dibalik, tekanan gas di seluruh gas, termasuk pada permukaan piston bagian dalam dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan keadaan, karena proses yang dapat dibalik terdiri dari urutan keadaan kesetimbangan termodinamika yang kontinu.
Dalam menggunakan hubungan kerja ini, penting untuk menentukan apa yang Anda panggil sistem. Jika sistem hanya memasukkan gas, dan piston tidak bermassa dan tanpa gesekan, tekanan pada permukaan piston luar sama dengan tekanan pada permukaan piston bagian dalam (dan tekanan gas). Jika piston dimasukkan sebagai bagian dari sistem, dan piston tidak tanpa massa atau tanpa gesekan, maka tekanan eksternal adalah tekanan pada permukaan piston bagian luar, tetapi ini tidak sama dengan tekanan gas pada permukaan piston bagian dalam (atau, setara, tekanan piston pada gas).
Anda mungkin memperhatikan bahwa ada dua konvensi untuk mendefinisikan pekerjaan $p\Delta V$. Pekerjaan yang sama terkadang positif terkadang negatif, untuk proses yang sama. Mari lebih teliti.
Biasanya, pekerjaan menjadi positif ketika diberikan atau ditambahkan ke sistem (syringe), ketika sistem dikompresi. Kerja dan panas sama-sama positif saat ditambahkan ke sistem apa pun yang dikompresi oleh piston. Tetapi sebagai$V$ menurun dalam kompresi seperti itu, $\Delta V$ adalah < $0$ dan pekerjaannya $p\Delta V$ harus ditulis dengan tanda minus agar tetap positif: $\delta w = - ~p\Delta V$. Jadi jumlah dari semua energi yang memasuki sistem adalah perubahan energi internal$U$ : $\Delta U = \delta w + \delta q = + ~ \delta q - p \Delta V$.
Bagi beberapa ilmuwan, terutama insinyur, pendekatannya berbeda. Seluruh sistem dianggap sebagai mesin, di mana Anda memasukkan panas ke dalamnya, sehingga harus menghasilkan pekerjaan sebanyak mungkin agar bermanfaat ($\delta q > 0$). Jadi pekerjaan yang dilakukan oleh mesin itu positif jika bekerja dengan benar, yang terjadi jika$\Delta V$positif. Untuk insinyur, pekerjaan itu didefinisikan sebagai:$\delta w = + ~p ~\Delta V$. Akibatnya, energi internal adalah perbedaan energi yang ditambahkan sebagai panas ke sistem, dan energi yang dikirim oleh mesin. Kalau begitu$\Delta U = \delta q - \delta w = \delta q - p\Delta V$.
Hasil akhirnya sama di seluruh dunia ketika berbicara tentang perubahan energi internal, dan tentu saja entalpi. Namun tandanya pekerjaan itu tidak selalu sama.