1-й закон термодинамики, 3-й закон Ньютона и теорема о работе-энергии

Первый вопрос: Да, это третий закон Ньютона!

Второй вопрос: Да, если предположить, что тепло также не передается. Если$Q=0$, затем$\Delta U=W_{0}$.

Что касается вашего второго ответа, да, ваша логика верна.

Но если температура (температура, а не внутренняя энергия) окружающей среды меньше, чем у системы (после добавления 30 Дж), часть внутренней энергии системы будет передана из системы в окружающую среду.

У меня вопрос: поскольку работа, совершаемая системой, равна отрицательной работе, совершаемой системой, считается ли величина силы, действующей системой на поршень и наоборот, одинаковой?

Объем работы тот же. Первое уравнение обычно используется в химии. Второе уравнение более широко используется в физике и технике. Неважно, что используется, если вы последовательны. Последовательным в этом отношении является понимание того, что когда система совершает работу (например, работа расширения газа), она отбирает внутреннюю энергию у системы, а когда работа совершается над системой (например, работа сжатия газа) это добавляет к внутренней энергии системы.

Я также узнал, что, согласно теореме об энергии работы, чистая работа, проделанная над системой, равна изменению ее полной кинетической энергии, поэтому, если мы совершаем над системой 30 Дж работы, кинетическая энергия должна увеличиться на 30 Дж, а поскольку общая внутренняя энергия идеального газа равна кинетической энергии молекул, внутренняя энергия газа увеличивается на 30 Дж.

Теорема об энергии работы обычно применяется к скорости и кинетической энергии макроскопических тел. Для газа в цилиндре, оснащенном поршнем, это будет кинетическая энергия, связанная с центром масс газа в целом по отношению к внешней системе отсчета. Визуализируйте цилиндр газа как единое целое, движущееся с некоторой скоростью. Принцип неприменим к внутренней микроскопической кинетической энергии газа.

При этом ваша логика о том, что 30 Дж работы, совершаемой над идеальным газом, увеличивает его внутреннюю кинетическую энергию на 30 Дж, верна, при условии, что во время сжатия нет передачи тепла из системы. Другими словами, ваш процесс должен быть адиабатическим, чтобы$Q=0$. И это потому, что первый закон допускает возможность передачи энергии в виде тепла и/или работы в соответствии с уравнением.

ОБНОВЛЕНИЕ :

Это будет ответом на ваши последующие вопросы.

Является ли причина того, что работа, совершаемая системой и поршнем, равна по величине, но противоположна по знаку, как упоминал Шура Зерик (еще один участник), из-за третьего закона движения Ньютона?

Если вы спросите, не являются ли причиной различия знаков работы в двух уравнениях первого закона третий закон Ньютона, это не так. Как объяснялось выше, разница в знаках просто связана с разными соглашениями о знаках. Когда работа, совершаемая системой над окружением и$Q=0$, в результате уменьшается внутренняя энергия. В первом уравнении принято называть эту отрицательную работу. Что делает$\Delta U$отрицательный. Во втором уравнении принято называть эту положительную работу. Это также приводит к$\Delta U$быть отрицательным. В любом случае объем работы одинаков, и обе версии непротиворечивы. Помимо этого, нет никакой другой причины для различия.

Если вы спрашиваете, применим ли третий закон Ньютона к работе вообще, то, конечно, он применим к силам, совершающим работу. Но с точки зрения чистой работы, совершаемой над каждым из взаимодействующих объектов, применяется второй закон Ньютона.

Другой вопрос, который у меня есть, заключается в том, что обычно, когда над системой выполняется положительная работа, мы утверждаем, что «работа выполняется над системой», а когда над системой выполняется отрицательная работа, мы утверждаем, что «работа выполняется системой». На мой вопрос почему так? Определяем ли мы работу условно, исходя из системы координат, в которой проделанная работа положительна? ?

Сначала отвечу на второй вопрос. В термодинамике мы условно определяем работу в системе отсчета «системы». Все, что находится за пределами системы, свалено в кучу и называется «окружение». Основное внимание уделяется системе и ее свойствам. Свойства окружающей среды обычно не уточняются. Обычно интерес представляют только работа или теплота, передаваемая в окружающую среду или из нее, и ее изменение энтропии.

Что касается первого вопроса, просто для ясности: когда вы говорите: « когда над системой совершается положительная работа, мы утверждаем, что над системой совершается работа, а когда над системой совершается отрицательная работа, мы утверждаем, что работа совершается». системой "знайте, что вы имеете в виду только версию первого закона$\Delta U=Q+W$. Вторая версия$\Delta U=Q-W$чаще используется. Для второй версии просто поменяйте местами термины «положительный» и «отрицательный».

При этом причина, по которой мы определяем работу, проделанную системой или над ней, состоит в том, чтобы присвоить правильные знаки значениям$W$в применимом уравнении первого закона, как я обсуждал ранее.

Надеюсь это поможет.