熱と自由膨張

熱力学系によって行われる仕事は、すべての条件下で経路に依存します。

圧力バルブに接続された2つのシリンダーのシステムを考えてみましょう。最初に、シリンダーAは理想気体で満たされ、シリンダーBは空です

シリンダーAを加熱すると、ガスが熱を吸収し、シリンダーA内の圧力が一時的に上昇し、圧力バルブが開きます。ガスは等温的に膨張してシリンダーBに入り、シリンダーA内の圧力が低下します。

接続チューブ内のガス粒子が無視できることを考慮すると、最終的なガス量は両方のシリンダー内のガス量の合計に等しくなります。

ここでは、ガスの加熱により圧力バルブで作業が行われます。

別のプロセスでは、同じシステムを初期状態にして、周囲から断熱され、熱が交換されないようにします。

バルブを取り外すと、ガスはシリンダーBに急速に自由膨張し、最終的には最初のプロセスと同じ最終体積に達します。

この膨張中、境界は移動せず、ガスによって行われる仕事が自由膨張の下でゼロであることを示しています。