Wärme und Freie Expansion

Die Arbeit eines thermodynamischen Systems ist unter allen Bedingungen pfadabhängig.

Stellen Sie sich ein System aus zwei Zylindern vor, die mit einem Druckventil verbunden sind. Zunächst ist Zylinder A mit einem idealen Gas gefüllt, während Zylinder B leer ist

Am Heizzylinder A nimmt das Gas die Wärme auf und erhöht vorübergehend den Druck im Zylinder A, wodurch das Druckventil geöffnet wird. Das Gas dehnt sich isotherm in Zylinder B aus, wodurch der Druck in Zylinder A verringert wird.

Unter Berücksichtigung vernachlässigbarer Gaspartikel in Verbindungsrohren entspricht das endgültige Gasvolumen der Summe der Gasmengen in beiden Zylindern.

Hier werden die Arbeiten am Druckventil aufgrund der Erwärmung des Gases erledigt.

Betrachten Sie in einem anderen Prozess das gleiche System in seinem Ausgangszustand, isoliert von seiner Umgebung, so dass keine Wärme ausgetauscht wird.

Wird das Ventil entfernt, durchläuft das Gas eine schnelle freie Expansion in Zylinder B und erreicht schließlich das gleiche Endvolumen wie im ersten Prozess.

Während dieser Expansion verschieben sich keine Grenzen, was darauf hindeutet, dass die Arbeit, die das Gas unter freier Expansion leistet, Null ist.