Я читаю "Основы инженерной термодинамики" Морана. Он дает термодинамическое определение работы как:
Конкретное взаимодействие классифицируется как рабочее взаимодействие, если оно удовлетворяет следующему критерию, который можно считать термодинамическим определением работы: работа совершается системой над своим окружением, если единственным воздействием на все внешнее по отношению к системе может быть повышение веса . Обратите внимание, что поднятие веса, по сути, представляет собой силу, действующую на расстоянии, поэтому понятие работы в термодинамике является естественным расширением понятия работы в механике. Однако проверка того, имело ли место рабочее взаимодействие, заключается не в том, действительно ли имело место подъем веса или в том, что сила действительно действовала на расстоянии, а в том, что единственным результатом могло быть увеличение подъема груза. вес.
Я не могу понять, что на самом деле он имел в виду под этим термодинамическим определением работы. Что на самом деле означает поднятие веса в этом определении?
Он сказал, что термодинамическая работа является продолжением механической работы.
Пожалуйста, помогите мне понять это.
Суть термодинамической работы состоит в том, что энергия всех частиц в системе повышается (или понижается) одинаково согласованно. Это тот случай, когда мы поднимаем вес, растягиваем поверхность, чтобы увеличить площадь, сжимаем газ, поляризуем что-то электрическим полем, намагничиваем что-то, упруго деформируем это и так далее.
На самом деле, если система очень холодная, то эталонного состояния и истории работы почти достаточно, чтобы знать все, что нужно знать о каждой частице (в относительном смысле случайности и неопределенности горячей системы).
Наиболее доступной физической аналогией для представления этого единого изменения энергии является, пожалуй, поднятие тяжестей, поэтому Моран использует ее в качестве примера. Цель состоит в том, чтобы отличить выполнение работы от двух других способов добавления энергии в систему: добавления большего количества материала и его нагревания. В случае последнего — нагревания — мы изменяем распределение энергетических состояний, т. е. дисперсию положений и импульсов отдельных частиц. Напротив, работа не изменяет эту дисперсию.
(В широком смысле дихотомию между работой и теплом можно сравнить с дихотомией среднего значения и стандартного отклонения простого распределения, такого как распределение Гаусса. Изменения в распределении можно разделить на изменение его центрального положения или среднего значения и изменение его ширины. или стандартное отклонение. Если эта аналогия не полезна или незнакома вам, пожалуйста, игнорируйте ее, чтобы избежать путаницы.)
МакКуорри в «Статистической механике» формулирует это следующим образом в несколько более изощренной трактовке:
Молекулярная интерпретация термодинамической работы, таким образом, представляет собой изменение квантово-механических энергетических состояний системы, при котором население остается фиксированным... [Напротив,] когда небольшое количество тепла поглощается из окружающей среды, энергия состояния системы не меняются ( и фиксированы), но население этих штатов фиксировано.
Опять же, цель состоит в том, чтобы определить работу в отличие от тепла: увеличение энергии всех частиц в унисон, что с практической точки зрения рассматривается как подъем веса.
В качестве другого физического примера рассмотрим два маховика, охлажденных примерно до 0 К, при этом весь их вес распределен по радиусу r. Я раскручиваю их в противоположных направлениях, а затем прижимаю друг к другу, останавливая (при некоторой конечной температуре T) за счет трения. Раскручивая их, я работал; обратите внимание, что импульсы составляющих молекул оставались идеально сгруппированными, практически без дисперсии. Другими словами, если я знал положение молекулы, то я почти точно знал ее импульс: вращение либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки.
После торможения полная энергия, а также линейный и угловой момент всей системы не изменились, но теперь колеса относительно горячие, молекулы энергично вибрируют, и я не имею ни малейшего понятия об импульсе какой-либо конкретной молекулы. Распределение энергий частиц существенно расширилось за счет преобразования кинетической энергии в тепловую. Тот же результат был бы получен при нагреве изначально неподвижных колес до температуры Т.
Чет Миллер
Ити
Боб Д
Ити