Wie Arbeit Problemen zu tun
Berechnen der Menge an Arbeit, die getan werden muss, eine 10-Pfund-Beutel mit Lebensmitteln einer Entfernung von 2,5 Meter über dem Boden zu der Oberseite der Küchentheke zu heben.
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Das Volumen des Gases kann durch Drücken des Kolbens partway aus dem Zylinder erhöhen. Die Menge an Arbeit getan ist gleich dem Produkt der Kraft auf den Kolben-fache des Abstandes der Kolben bewegt wird, ausgeübt wird.
Der Druck (P) das Gas auf den Kolben ausübt, ist gleich der Kraft (F), mit dem es auf den Kolben durch den Oberflächenbereich (A) des Kolbens unterteilt nach oben drückt.
Somit ist die Kraft, die durch das Gas auf das Produkt seiner Druck-fache der Fläche des Kolbens gleich sind.
Setzt man diesen Ausdruck in die Gleichung definiert Arbeit ergibt folgendes Ergebnis.
Das Produkt aus der Fläche des Kolbens mal der Abstand der Kolben bewegt, ist gleich der Änderung, die in dem Volumen des Systems tritt auf, wenn sich das Gas ausdehnt. Vereinbarungsgemäß wird die Änderung des Volumens durch das Symbol V dargestellt.
Die Größe der Arbeit, wenn ein Gas ist zu dem Produkt aus dem Druck des Gas mal die Änderung des Volumen des Gases daher gleich erweitert.
Der Joule - Mess Wärme und Arbeit
Per Definition ist ein Joule die Arbeit getan, wenn eine Kraft von einem Newton verwendet wird, ein Objekt einen Meter zu bewegen.
Da Arbeit kann in Wärme und umgekehrt umgewandelt werden kann, verwendet das System die SI Joulesche Energie in Form von Wärme und Arbeit zu messen.
Der erste Hauptsatz der Thermodynamik: Erhaltung der Energie
Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass Energie kann nicht erzeugt oder zerstört werden. Ein System kann Energie gewinnen oder verlieren. Aber jede Änderung in der Energie des Systems muss durch eine entsprechende Änderung in der Energie seiner Umgebung begleitet werden, da die Gesamtenergie des Universums konstant ist. Das erste Gesetz der Thermodynamik kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden.
(Die Indices Univ.. Glo und surr für das Universum stehen, das System und die Umgebung.)
Die Energie eines Systems wird oft seine innere Energie genannt, weil es die Summe der kinetischen und potentiellen Energien der Teilchen, die das System bilden. Da es keine Wechselwirkung zwischen den Teilchen ist, der einzige Beitrag zur inneren Energie eines idealen Gases ist die kinetische Energie des Partikels. Die innere Energie eines idealen Gases ist daher direkt proportional zu der Temperatur des Gases.
(In dieser Gleichung ist R die ideale Gaskonstante und T die Temperatur des Gases in der Einheit Kelvin).
Obwohl es schwierig, wenn nicht unmöglich ist, eine Gleichung für komplexere Systeme, die interne Energie des Systems zu schreiben, ist nach wie vor zu seiner Temperatur direkt proportional. Wir können daher Veränderungen in der Temperatur eines Systems verwenden, um Änderungen in der internen Energie zu überwachen.
Die Größe der Änderung der inneren Energie eines Systems wird als die Differenz zwischen den Anfangs- und Endwerte dieser Menge definiert.
Da die innere Energie eines Systems zu ihrer Temperatur proportional ist, E ist positiv, wenn die Temperatur des Systems erhöht.
Der erste Hauptsatz der Thermodynamik: Die gegenseitige Umwandlung von Wärme und Arbeit
Energie kann zwischen einem System und seiner Umgebung so lange übertragen werden, da die Energie, die durch eine diese Komponenten des Universums gewonnen ist gleich die Energie, die von dem anderen verloren.
Die Energie kann zwischen einem System und seiner Umgebung in der Form von entweder Wärme (q) oder Werkstück (W) übertragen werden.
Wenn Wärme ein System betritt kann er die Temperatur des Systems erhöhen, oder er kann arbeiten.
Die Vorzeichenkonvention für die Beziehung zwischen der Arbeit und der inneren Energie eines System ist auf der linken Seite der Figur unten gezeigt.- Wenn das System der Arbeit an seiner Umgebung hat, ist Energie verloren, und E ist negativ.
- Wenn die Umgebung der Arbeit auf dem System zu tun, wird die innere Energie des Systems größer, so E positiv ist.
Die Beziehung zwischen dem Betrag des durch ein System geleisteten Arbeit, wenn er sich ausdehnt und die Änderung des Volumens des Systems wurde bisher durch die folgende Gleichung beschrieben.
Die Abbildung oben zeigt, dass die Vorzeichenkonvention für die Arbeit der Expansion kann durch das Schreiben dieser Gleichung einbezogen werden wie folgt.
Wenn Gleichungen verbinden zwei oder mehr Eigenschaften, die den Zustand des Systems beschreiben, werden sie Zustandsgleichungen genannt. Das ideale Gasgesetz, zum Beispiel, ist eine Zustandsgleichung.
Staatliche Funktionen hängen nur von dem Zustand des Systems, nicht auf dem Weg zu diesem Zustand erhalten verwendet.
Die Temperatur ist eine Zustandsfunktion. Egal, wie oft wir heizen, kühlen, erweitern, komprimieren oder auf andere Weise das System ändern, die Netto-Änderung der Temperatur hängt nur von den Anfangs- und Endzustand des Systems.
Das gleiche gilt für das Volumen, den Druck und die Anzahl der Mole des Gases in der Probe gesagt werden. Diese Mengen sind alle staatlichen Funktionen.
Wärme und Arbeit sind keine staatlichen Funktionen. Die Arbeit kann nicht eine Zustandsfunktion, weil sie proportional zum Abstand ist ein Objekt bewegt wird, die auf dem Weg abhängt verwendet, um von den anfänglichen in den Endzustand zu gehen. Wenn die Arbeit nicht eine Zustandsfunktion ist, dann Wärme kann nicht eine Zustandsfunktion entweder. Gemäß dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik, ist die Änderung der inneren Energie eines Systems gleich die Summe aus der Wärme und die zwischen dem System und seiner Umgebung übertragenen Arbeit.
Wenn E auf dem Weg hängt nicht vom Anfangs- zum Endzustand gehen verwendet, aber die Menge an Arbeit auf dem Weg verwendet abhängt, da die Menge an Wärme ab oder absorbierte muss auf dem Weg abhängen.
Die thermodynamischen Eigenschaften eines Systems, das Zustandsfunktionen sind in der Regel durch Großbuchstaben (T. V. P. E. und so weiter) symbolisiert. Thermodynamische Eigenschaften, die nicht Zustandsfunktionen werden häufig durch Kleinbuchstaben (q und w) beschrieben.
Welche der folgenden Eigenschaften eines Gases sind Zustandsfunktionen?
(A) Temperatur, T