Сравнение работы в термодинамике с работой в механике

Рассмотрим газ как нашу систему, заключенную в цилиндр с поршнем.

1-й случай (расширение газа):

Здесь сила на поршень действует со стороны газа в направлении вверх и при расширении поршень движется вверх. Итак, работа, проделанная здесь, положительна (сила и перемещение в одном направлении). Также отношение W=PΔV (с их обычными значениями) также удовлетворяет «положительному» смыслу работы, поскольку при расширении объем увеличивается.

2-й случай (сжатие газа):

Здесь окружающая среда воздействует на поршень и сжимает газ. Поскольку направление силы окружения на систему и перемещение поршня (оба вниз) совпадают, не должна ли работа, совершаемая окружением на систему, быть положительной? Но W=PΔV дает -ve работу, так как при сжатии объем уменьшается. Почему механическая концепция работы и W=PΔV не дают такого же результата?

(В физике) Нам обычно говорят, что работа, совершаемая системой , положительна, а работа, совершаемая окружением над системой, отрицательна.Источник: Университет физики.

Но контент из сети2-я картинка показывает именно то, что меня смущает. При сжатии газ совершает отрицательную работу, а не окружающие совершают работу в газе?

1-е изображение - скриншот книги University Physics. 2-я картинка отсюда .

Ответы (3)

Во-первых, вы должны заметить, что знак работы зависит от того, кого вы считаете исполнителем работы (преобразователем энергии). Когда сила передает энергию объекту (т. е. объект получает некоторую энергию), совершается положительная работа, а когда она передается от объекта (т. е. объект теряет некоторую энергию), совершается отрицательная работа (представьте себе работу, совершаемую трением). ). Теперь в термодинамике работу выполняет окружающая среда (т.е. вы должны учитывать работу, проделанную окружением над системой), и, следовательно, вы должны учитывать изменения энергии соответствующей системы (над которой выполняется работа). Таким образом, когда система получает некоторое количество энергии, совершается положительная работа, а когда система теряет некоторое количество энергии, совершается отрицательная работа.

Обычно оба результата одинаковы для работы, но они определяются по-другому, как вы написали: г ж "=" п г В поэтому работу можно получить путем интеграции.

В механике, как и в термодинамике, работа, совершаемая системой над окружающей средой, равна вектору силы, действующей на окружающую среду .с вектором смещения. Если вектор силы, действующей на окружающую среду, имеет то же направление, что и перемещение (как, например, при торможении механической системы), работа, совершаемая системой над окружающей средой, имеет положительный знак (и работа влияние окружения на систему имеет отрицательный знак). Если вектор силы, действующей на окружающую среду, направлен против перемещения (как, например, при ускорении механической системы), работа, совершаемая системой над окружающей средой, имеет отрицательный знак (а работа действия окружения на систему имеет положительный знак).

"работа, проделанная окружением над системой, имеет положительный знак" ваша последняя строчка. У меня такой же вывод. Но для physics.bu.edu/~duffy/py105/Firstlaw.html говорится, что «W положительно, если работа выполняется системой, и отрицательно, если работа выполняется над системой».
Это очень плохой выбор формулировки, и, на первый взгляд, неправильный. Следует сказать, что если dW берется как представление работы, совершаемой системой над окружением, то dW=+PdV, а если dW берется как представление работы, совершаемой окружением над системой, то dW=-PdV. Это то, что они на самом деле хотели сказать.
Это всего лишь мнение одного человека, но я бы хотел, чтобы основатели термодинамики сформулировали 1-й закон как Δ U "=" Вт я н + Вопрос я н Вт о ты т Вопрос о ты т , где все в правой части знака равенства имеет положительный знак. Затем несуществующие термины будут отброшены, и уравнение будет соответствовать физической ситуации без путаницы в отношении того, какой знак должен иметь работа.