Что означает работа в термодинамике по сравнению с другими разделами физики?

Когда меня учили механике, мой учитель сказал, что работа — это прежде всего изменение энергии ($W= \Delta E$), а работу можно найти по уравнению$W = Fcos( \theta)d$.

Это верно. Это средство передачи энергии, которое обычно рассматривается в ньютоновской механике. Но на самом деле есть два типа передачи энергии: работа и тепло. Оба рассматриваются в термодинамике. Тепло – это передача энергии исключительно за счет разницы температур.

Кроме того, кажется, что первый закон термодинамики,$\Delta U = Q + W$, является прямым противоречием первому принципу, потому что работа не может быть выполнена ($W=0$), и все еще имеют изменение внутренней энергии (за счет тепла (Q)).

Противоречия нет. Это связано с тем, что в термодинамике внутренняя энергия$U$чего-то есть сумма кинетической и потенциальной энергий вещества на микроскопическом уровне. Эта форма энергии обычно не рассматривается в механике. Он имеет дело с кинетической и потенциальной энергиями объектов в целом, т. е. на макроскопическом уровне.

Например, в изометрических процессах выполненная работа всегда равна 0, поскольку работа определяется как$W=-P \Delta V$изменение объема равно 0; однако внутренняя энергия все еще может изменяться в изометрических процессах за счет потери или притока тепла. Разве не правильно было бы сказать, что в этот момент была совершена работа, потому что энергия системы изменилась (через теплоту)?

Внутренние микроскопические кинетическая и/или потенциальная энергии могут увеличиваться или уменьшаться в результате передачи энергии работой и/или теплом. Температура вещества является мерой кинетической энергии молекул и атомов вещества. Температуру можно изменить посредством теплопередачи или передачи работы. Например, температуру газа можно повысить, совершая над газом работу, т. е. сжимая его. Точно такое же повышение температуры может быть вызвано теплопередачей, т. е. воздействием на газ чего-то более высокой температуры. Конечный результат (повышение температуры) один и тот же, один из-за работы, другой из-за тепла.

Кажется, я что-то неправильно определил, поэтому у меня вопрос, что это? Работа каким-то образом не относится к тепловой энергии/теплу, или внутренняя энергия означает нечто большее, чем просто энергия? Или это просто соглашение в термодинамике использовать термин «работа» для обозначения$W = -P > \Delta V$, а НЕ изменять энергию вообще (вроде исключает передачу тепловой энергии)?

У меня проблемы после этого. Но дело в термодинамике в том, что внутренняя энергия (микроскопическая кинетическая и потенциальная энергии молекул и атомов) может быть изменена работой и/или теплотой, и по этой причине и работа, и теплота включены в первый закон.

В механике кинетическая энергия объекта в целом вообще может изменяться только в результате работы. Возьмем бейсбольный мяч. Я могу передать ему кинетическую энергию, совершив над ним работу, т. е. бросив его. Но если шарик сидит на столе и я его нагрел, то он не приобретет скорость (кинетическую энергию) в целом. Но тепло увеличит скорость атомов и молекул шара, что приведет к повышению температуры. Его внутренняя энергия увеличивается.

Спасибо, ваш ответ очень помог мне с этими понятиями. Для уточнения, правильно ли сказать: 1. Работу можно определить на ВСЕХ уровнях как W=Fd (или что-то подобное)

По существу правильно сказать, что работа может быть определена на всех уровнях как произведение силы на перемещение, хотя это произведение может принимать несколько форм. В случае граничной работы (работы, выполняемой при расширении или сжатии границ замкнутой системы) давление, умноженное на объем, заменяет силу, умноженную на перемещение. В случае работы вала для открытой системы (например, работа, выполняемая турбинами) крутящий момент, умноженный на угловое смещение, заменяет силу, умноженную на смещение. Но даже эти вариации по-прежнему сводятся к силе, умноженной на смещение, когда производятся подходящие замены.

2. Просто в механике работа также может быть определена как W = изменение энергии, и это исключительно для механики, потому что в механике

Работа есть передача энергии. Следствием передачи может быть уменьшение или увеличение энергии, которой обладает объект, между которыми энергия передается.

Когда твой учитель сказал

$$W=\Delta E$$ он / она, возможно, имел в виду теорему об энергии работы, которая гласит, что чистая работа , совершаемая над объектом, равна изменению его кинетической энергии. Ключевым термином является сетевая работа , потому что работа может быть положительной или отрицательной. Работа положительна, если сила направлена ​​в ту же сторону, что и перемещение ($θ=0$) и отрицательное, если сила противоположна направлению перемещения ($θ=180^0$). «Изменение кинетической энергии» относится к кинетической энергии объекта в целом, то есть к его макроскопической кинетической энергии, а не к внутренней микроскопической внутренней энергии первого закона, хотя существует тонкая связь, как обсуждается ниже.

Работа - единственный фактор, который изменяет энергию, в то время как в других вещах, таких как термо, энергия может быть изменена другими факторами, отличными от работы, например, теплом.

Работа — единственный фактор, который может изменить макроскопическую кинетическую или потенциальную энергию объектов в целом, в то время как работа и теплота могут изменить внутреннюю микроскопическую кинетическую и/или потенциальную энергию объекта.

Надеюсь это поможет

Работа, как она определена в механике, имеет дело только с изменением кинетической энергии; в частности, поступательная кинетическая энергия центра масс и энергия вращения вокруг центра масс. Он не касается изменений внутренней энергии и не рассматривает передачу энергии от тепла.

Работа, как она определена в термодинамике, представляет собой гораздо более широкое понятие и представляет собой «энергию, которая пересекает границу системы без переноса массы из-за какой-либо существенной разницы в свойствах, кроме температуры, между системой и ее окружением». Эта работа может изменить внутреннюю энергию. Первый закон термодинамики рассматривает работу, тепло- и массоперенос в общем энергетическом балансе системы.

Путаница в том, что одно и то же название «работа» используется для обозначения двух разных понятий.

Чтобы устранить эту путаницу, некоторые предложили называть работу, как она определена в механике, «псевдоработой» и использовать работу только для обозначения концепции термодинамики. См. DOI:10.1119/1.13173Corpus ID: 123663518 Псевдоработа и реальная работа Б. Шервуда Опубликовано в 1983 г. Physics American Journal of Physics