압력-체적 작업의 올바른 표현은 무엇입니까? [복제]
내 책은 압력 볼륨 작업의 작업을 다음과 같이 정의합니다. $$\mathrm{d}w = - P_\mathrm{ext} \mathrm{d}V$$
그러나 그렇게하기 전에 피스톤이 질량이 없다고 언급했습니다.
물리학에서 작업은 다음과 같이 정의됩니다. $$\mathrm{d}w = P_\mathrm{in} \mathrm{d}V$$
- 화학에서 압력-체적 작업의 올바른 정의는 무엇입니까?
- 일의 정의를합니까? $$-P_\mathrm{ext} dV$$ 피스톤이 화학에서 질량이 없다면 변화?
추신 나의 질문은 주로 화학 작업의 수학적 표현, 즉 '제 1 법칙과 관련하여 화학에서 가장 일반적인 작업 표현은 무엇인가'에 대한 것이었다.
일부 사용자는 작업의 기호 규칙에 대한 답변을 확인하라고 제안했습니다. 나는 그것을 고맙게 생각하지만 내 질문은 다르며 아마도 @Chet Miller 대답에서 가장 잘 해석 될 것입니다.
답변
내부 피스톤면에서 피스톤의 가스에 의해 가해지는 압력은 가스에 가해지는 피스톤에 의해 가해지는 압력과 동일합니다. 이것은 뉴턴의 3 차 운동 법칙을 따른 것입니다. 그러나 비가 역적 과정에서 피스톤면에 가스가 가하는 압력은 이상 기체 방정식 (또는 다른 실제 기체 상태 방정식)에서 얻을 수 없습니다. 이는 상태 방정식이 열역학적 평형에서만 적용되기 때문입니다. 그렇지 않으면 피스톤의 가스 압력은 부피뿐만 아니라 가스 부피의 변화율에 따라 달라지는 점성 응력을 수반합니다. 가역적 프로세스의 경우 가역적 프로세스가 연속적인 열역학적 평형 상태로 구성되기 때문에 내부 피스톤면을 포함하여 가스 전체의 가스 압력을 상태 방정식을 사용하여 결정할 수 있습니다.
이러한 작업 관계를 사용할 때 시스템을 호출하는 것을 지정하는 것이 중요합니다. 시스템에 가스 만 포함되어 있고 피스톤이 질량과 마찰이없는 경우 외부 피스톤면의 압력은 내부 피스톤면의 압력 (및 가스 압력)과 같습니다. 피스톤이 시스템의 일부로 포함되어 있고 피스톤이 질량이 없거나 마찰이없는 경우 외부 압력은 외부 피스톤면의 압력이지만 이는 피스톤 내부면의 가스 압력과 같지 않습니다 (또는, 동등하게 가스의 피스톤 압력).
작업을 정의하는 데 두 가지 규칙이 있음을 알 수 있습니다. $p\Delta V$. 동일한 작업이 동일한 프로세스에 대해 긍정적 인 경우도 있고 부정적인 경우도 있습니다. 더 정확 해 봅시다.
일반적으로 작업은 시스템이 압축 될 때 시스템 (주사기)에 주거나 추가 될 때 긍정적입니다. 작업과 열은 피스톤으로 압축 된 시스템에 추가 될 때 모두 긍정적입니다. 그러나 ~함에 따라$V$ 이러한 압축 감소, $\Delta V$ < $0$ 그리고 일 $p\Delta V$ 긍정적 인 상태를 유지하려면 마이너스 기호로 작성해야합니다. $\delta w = - ~p\Delta V$. 따라서 시스템에 들어오는 모든 에너지의 합은 내부 에너지의 변화입니다.$U$ : $\Delta U = \delta w + \delta q = + ~ \delta q - p \Delta V$.
주로 엔지니어 인 일부 과학자의 경우 접근 방식이 다릅니다. 전체 시스템은 내부에 열을 넣는 기계로 간주되므로 유용하게 사용하려면 가능한 한 많은 작업을 생성해야합니다 ($\delta q > 0$). 따라서 기계가 수행 한 작업은 올바르게 작동하면 긍정적입니다.$\Delta V$긍정적입니다. 엔지니어의 경우 작업은 다음과 같이 정의됩니다.$\delta w = + ~p ~\Delta V$. 결과적으로 내부 에너지는 시스템에 열로 추가 된 에너지와 기계에서 전달되는 에너지의 차이입니다. 그때입니다$\Delta U = \delta q - \delta w = \delta q - p\Delta V$.
최종 결과는 내부 에너지의 변화와 엔탈피의 변화를 말할 때 전 세계적으로 동일합니다. 그러나 작업의 표시가 항상 같지는 않습니다.