Calore ed espansione libera

Il lavoro svolto da un sistema termodinamico dipende dal percorso in tutte le condizioni.

Si consideri un sistema di due cilindri collegati con una valvola di pressione. Inizialmente, il cilindro A è riempito con un gas ideale, mentre il cilindro B è vuoto

Sul cilindro di riscaldamento A, il gas assorbe il calore, aumentando temporaneamente la pressione all'interno del cilindro A, che apre la valvola di pressione. Il gas si espande isotermicamente nel cilindro B, diminuendo la pressione all'interno del cilindro A.

Considerando le particelle di gas trascurabili nei tubi di collegamento, il volume finale del gas è uguale alla somma dei volumi di gas in entrambi i cilindri.

Qui, il lavoro viene svolto sulla valvola di pressione a causa del riscaldamento del gas.

In un altro processo, si consideri lo stesso sistema nel suo stato iniziale, isolato dall'ambiente circostante, in modo tale che non venga scambiato calore.

Se la valvola viene rimossa, il gas subisce una rapida espansione libera nel cilindro B, raggiungendo infine lo stesso volume finale del primo processo.

Durante questa espansione, nessun confine si muove, indicando che il lavoro svolto dal gas è nullo in libera espansione.