6.5
Przypomnijmy, że energia wewnętrzna systemu jest definiowana jako suma ciepła i pracy. Ciepło mierzy się za pomocą kalorymetrii, ale jak określa się ilościowo pracę?
Praca jest wynikiem działania siły, której doświadcza obiekt – na przykład poprzez ciągnięcie, pchanie lub podnoszenie – na odległość. Zatem praca równa się sile razy odległość.
Jeśli kij golfowy uderzy piłkę na 100 stóp, oznacza to, że wykonał pracę. Energia jest przenoszona z kija do piłki.
W tym przypadku piłka jest systemem, na którym praca jest wykonywana przez otoczenie.
W reakcjach chemicznych praca może być związana z wieloma zmianami fizycznymi lub chemicznymi w układzie. Często spotykanym rodzajem pracy jest praca ciśnieniowo-objętościowa.
Weźmy pod uwagę spalanie w cylindrze silnika. Spalanie nie tylko wytwarza ciepło, ale także wytwarza gaz, który wykonuje pracę.
Gdy objętość gazu w butli rozszerza się, ciśnienie popycha tłok w dół, działając przeciwko siłom zewnętrznym w otoczeniu.
Ciśnienie definiuje się jako siłę działającą na obszar. W tym przypadku siła od rozprężających się gazów jest rozprowadzana na obszarze podstawy tłoka. Innymi słowy, siła to ciśnienie razy powierzchnia.
W ten sposób praca, która jest siłą razy odległość, może być zapisana jako ciśnienie pomnożone przez obszar i odległość, na którą działa. W przypadku cylindra silnika jest to różnica wysokości, w której porusza się tłok.
Biorąc pod uwagę, że powierzchnia razy wysokość to objętość cylindra, równanie pracy można zdefiniować jako ciśnienie pomnożone przez zmianę objętości układu.
Ponieważ jednak objętość wzrasta, a tłok jest popychany w dół, system faktycznie wykonuje pracę na otoczeniu, co zgodnie z konwencją jest wartością ujemną.
Dlatego praca jest definiowana jako ujemne ciśnienie, P, razy delta-V lub zmiana objętości końcowej i początkowej, która nastąpiła podczas rozszerzania.
Jednostka pracy ciśnieniowo-objętościowej jest zwykle definiowana jako litr atmosfery. Jednostkę tę można przeliczyć na konwencjonalną jednostkę energii, dżule, przy użyciu współczynnika konwersji jeden litr atmosfery jest równy 101,3 dżuli.
Gdy system ulega zmianom, jego energia wewnętrzna może się zmienić, a energia może zostać przeniesiona z układu do otoczenia lub z otoczenia do układu…
Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.