Тепло и свободное расширение

Работа, выполняемая термодинамической системой, зависит от траектории при любых условиях.

Рассмотрим систему из двух цилиндров, соединенных клапаном давления. Первоначально цилиндр А заполняется идеальным газом, в то время как цилиндр В пуст

При нагревании цилиндра А газ поглощает тепло, временно повышая давление внутри цилиндра А, что открывает клапан давления. Газ изотермически расширяется в цилиндр В, снижая давление внутри цилиндра А.

С учетом незначительных частиц газа в соединительных трубах конечный объем газа равен сумме объемов газа в обоих баллонах.

Здесь работа выполняется на напорном клапане за счет нагрева газа.

В другом процессе рассмотрим ту же систему в ее исходном состоянии, изолированную от окружающей среды таким образом, что теплообмен не производится.

Если клапан снят, газ подвергается быстрому свободному расширению в цилиндре В, в конечном итоге достигая того же конечного объема, что и в первом процессе.

Во время этого расширения никакие границы не перемещаются, что указывает на то, что работа, выполняемая газом, равна нулю при свободном расширении.