Termodynamika práce
Dobrý den, byl by někdo tak hodný a ujasnil mi, zda práce okolí/soustavy úbytek, nebo přírůstek vnitřní energie? Mám totiž velký zmatek ve znaménkové konvenci a nedokážu si to moc představit. Např. nechápu, proč se energie soustavy při kompresi okolními tělesy zmenšuje (práce soustavy je záporná), když se tím objem plynu zmenšuje a částici by tak měli mít větší kinetickou energii ne? Budu velice rád za každé ujasnění a předem moc děkuji.
Odpovědi
Diskuze
Znaménko je to dáno dohodou:
https://cs.wikipedia.org/wiki/Prvn%C3%AD_termodynamick%C3%BD_z%C3%A1kon
Zde bereme, jak je v novější literatuře zvykem, kladně kteroukoli energii dodanou, záporně energii odebranou. (V době "filosofie parních strojů" se odebraná práce brala kladně, proto pozor v literatuře na znaménko u práce W.
Tvůj "zmatek" způsobuje právě ta znaménková konvence, která se časem asi měnila. My jsme se kdysi učili: teplo soustavě DODANÉ(z okolí):+Q ; teplo ODEVZDANÉ soustavou do okolí:-Q ; práce VYKONANÁ soustavou (tedy odebraná ze soustavy):+W ; práce SPOTŘEBOVANÁ (vykonaná okolím, nebo dodaná do soustavy z okolí):-W. Tak, jak to přede mnou napsal Cenobita.
Ono z našeho pohledu na stroj je to logické; představ si třeba spalovací motor: prudce zahřátá stlačená směs ve válci tlačí na píst, ten se pohybuje, a převodem přes ojnici využíváme pohyb válce pro roztáčení kol. Z našeho pohledu se jedná o práci získanou, tedy pro nás "kladnou". Jenže spalná směs se přitom rozpíná, a tedy ochlazuje - vnitřní energie soustavy (plynů uvnitř válce) U klesá.
Předpokládejme, že naše soustava - válec s pístem a plynem uvnitř- je dokonale tepelně izolovaná, tedy nedochází k úniku tepla z válce do okolního prostředí (tj. delta Q=0); potom ochlazování a snížení vnitřní energie lze dosáhnou pouze ODEBÍRANÍM mechanické práce, a tudíž tu "kladnou" energii, kterou jsme získali pro pohon kol, bychom v rovnici pro 1. termodynamický zákon museli brát se záporným znaménkem: delta U = delta Q + (-delta W); delta Q=0
Proto podle nové konvence vše co do soustavy přichází z okolí (teplo, mechanická práce dodávaná do soustavy) bereme kladné, a všechno, co odebíráme, záporně.
K Tvým dalším otázkám:
1. Ano, U (nebo přesněji delta U) je vnitřní energie (přesněji změna vnitřní energie) plynu uvnitř válce.
2. Při expanzi plyn vykoná kladnou práci. Tuto práci ale ze soustavy odebíráme (na pohon kol), a v rovnici pro 1. termodynamického zákona ji bereme ZÁPORNĚ. Podle této konvence. Při kompresi se mechanická práce potřebná ke stlačení plynů dodává do soustavy z vně - z okolí mimo soustavu.
Podle nové konvence, která platí teď:
A. Všechno, co přispívá ke ZVÝŠENÍ vnitřní energie soustavy(U), bereme KLADNĚ: tj. teplo přivedené do soustavy, které zvýší kinetickou energii molekul plynu, a tedy jeho teplotu (vnitřní energie plynu je součet kinetických energií všech jeho částic, teplota je funkce U), nebo mechanická energie vykonaná při stlačení plynu (stlačováním taky dochází k dalšímu zahřívání - zvyšování teploty plynu a nárůstu jeho vnitřní energie).
B. Vše, co přispívá ke SNÍŽENÍ vnitřní energie soustavy(plynu), bereme ZÁPORNĚ: tj. odebírání tepla, samozřejmě i přirozený únik tepla ze soustavy do okolí (nic nemůže být dokonale izolováno), nebo práce vykonaná plynem při rozpínání (= odebírání mechanické práce ze soustavy), bereme ZÁPORNĚ.
Tedy na příkladu našeho válce: práci při expanzi plynu KLADNĚ NE! - protože to podle staré konvence způsobovalo rozpor, na který narážíš; že plyn při rozpínání koná kladnou práci (což můžeme říct), ale celková energie soustavy klesá.
I když to svádí označit takto odebíranou jako + ,kladnou - protože to je ta energie, kterou "chceme" a potřebujeme k tomu, abychom jeli.