Работа, совершаемая над системой и окружающей средой при необратимом адиабатическом сжатии.

Предположим, что в процессе адиабатического необратимого сжатия давление п е Икс т сжимает поршень и совершает работу, скажем, 50 Дж. (50 Дж энергии теряется окружающими). Поскольку давление п я н т меньше, чем п е Икс т , работа, совершенная системой на окружение, составит -20 Дж (допустим). Отрицательный знак показывает, что 20 Дж энергии теряется в моем окружении. Но изначально мы видели, что окружающие потеряли 50Дж! Как справиться с этим несоответствием? Я очень смущен.

Внутренняя сила, приходящаяся на единицу площади, с которой газ действует на поршень, не меньше внешнего давления (скажем, для безмассового поршня без трения). По третьему закону Ньютона сила, с которой газ действует на внутреннюю поверхность поршня, равна и противоположна силе, с которой внутренняя поверхность поршня действует на газ. Так что на самом деле неверно говорить, что внутреннее давление (точнее, внутреннее сжимающее напряжение) меньше внешнего давления.
Как насчет практического процесса, при котором газовый стакан внезапно сжимается из-за избыточного внешнего давления? А по 3-му закону Ньютона сила, действующая на газ со стороны поршня, равна силе, действующей на поршень со стороны газа. Мы не можем так: сила на поршень из-за газа = сила на поршень из-за окружающей среды. Потому что это приведет к статическому равновесию, чего я не упомянул выше.
Не могли бы вы проверить это утверждение для меня, всегда ли работа, совершаемая газом над окружающей средой, = работе, совершаемой газом над окружающей средой (из-за того, что давления на границе равны)? @ЧетМиллер
@Buraian В случае необратимой деформации, называя силу на единицу площади, действующую газом на внутреннюю поверхность поршня (т. Е. Его окружение), давление немного неточное, потому что напряжение сжатия при необратимой деформации не равно изотропно, а давление является сущностью, которая изотропна. Вязкие напряжения не изотропны и добавляют (или вычитают) то, что можно было бы интерпретировать как давление. Если вы спрашиваете, равна ли работа, совершаемая силой сжатия на единицу площади газа в его окружающей среде, работе окружающей среды над газом, то да.
Спасибо, это прояснило ситуацию @ChetMiller Если бы вы могли ответить на вопрос Нихила о том, как поршень может двигаться, если общая сила равна нулю, это тоже было бы неплохо.
@Buraian Я не понимаю вопроса Никила. Не могли бы вы переформулировать это, используя лучший английский язык? Что-то потерялось в переводе.
По сути, Нихил говорит, что когда приложенное внешнее давление передается от поршня к газу, газ будет отталкивать поршень на равную и противоположную величину. Теперь, поскольку у нас есть две силы, действующие на поршень: первоначальная сила из-за Ext P и отталкивания внутреннего газа, должно быть так, что результирующая сила на поршень равна нулю, и, следовательно, он не может двигаться @ChetMiller Следовательно, нет сжатия.
@Buraian Вам нужно решить, что представляет собой ваша система, и, в частности, где заканчивается ваша система и начинается окружение. Включает ли ваша система только газ (и поршень является частью окружающей среды) или ваша система также включает поршень, а окружающая среда начинается с внешней стороны поршня?
@Бурайан. Вы знакомы с веб-сайтом PhysicsForums.com. Предлагаю перенести нашу дискуссию на тот сайт, где нам будет удобнее все это обсуждать, в том числе предпросмотр уравнений в ответах.
@Чет Миллер, о, спасибо, я сначала считал поршень частью системы, а затем частью окружающей среды, что создало огромную проблему. Я думаю, что это ответ на мой первоначальный вопрос, т.е. если окружающие совершили над системой (включая газовый поршень) работу +50 Дж, то одновременно система (точнее этот поршень) совершала над окружающими такую ​​же работу, но противоположную по знаку. Согласно третьему закону Ньютона сила, действующая со стороны системы (поршня) на окружающую среду, равна и противоположна силе, действующей со стороны окружающей среды на поршень (систему).
Мы здесь не рассматриваем ничего, связанного с внутренним давлением, потому что оно НАХОДИТСЯ ВНУТРИ системы и прикладывает силу к внутренней части поршня, что означает, что он на самом деле вообще не взаимодействует с окружающей средой. Спасибо, я понял вашу точку зрения.
Да, у меня есть аккаунт, мне создать тему? Я не знаю, как перенести контекст обсуждения с комментариев здесь на пост там @ChetMiller
@Buraian Я предполагаю, что в PF вы используете имя пользователя Burian? В любом случае, я создал тему, в которую вы можете вмешаться. Он находится в разделе «Классическая физика» в подкатегории «Термодинамика».

Ответы (1)

Сила, с которой газ действует на внутреннюю поверхность поршня, должна быть равна по величине и противоположна по направлению силе, с которой внутренняя поверхность поршня действует на газ. Таким образом, работа, которую газ совершает над поршнем, всегда должна быть равна по величине и противоположна по знаку работе, которую внутренняя поверхность поршня (т. е. окружающая среда) совершает над газом.

Проблема в том, что для необратимого сжатия или расширения нельзя использовать закон идеального газа для расчета силы, действующей на поршень, или работы, совершаемой газом, потому что закон идеального газа неприменим для необратимого сжатия или расширение. Закон идеального газа применяется только при термодинамическом равновесии, которого нет при необратимом сжатии или расширении. В необратимом случае вы узнаете, изучая механику жидкости, что в газе существуют вязкие напряжения, сверх того, что обусловлено поведением идеального газа, которое влияет на силу на единицу площади на поверхности поршня (а также во всем газе). .

В необратимом случае, если мы хотим рассчитать работу, наш единственный вариант - использовать внешнюю силу на единицу площади, действующую на газ со стороны окружающей среды на внутренней поверхности поршня (если она известна или указана).

Работа, совершаемая над системой и окружающей средой при необратимом адиабатическом сжатии.
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v