Consideremos un gas como nuestro sistema encerrado en un cilindro con pistón.
1er caso (Expansión de gas):
Aquí la fuerza sobre el pistón es ejercida por el gas en dirección hacia arriba y durante la expansión el pistón se mueve hacia arriba. Entonces, el trabajo realizado aquí es positivo (fuerza y desplazamiento en la misma dirección). También la relación W=PΔV (con sus significados habituales) también satisface el sentido "positivo" del trabajo, ya que el volumen aumenta durante la expansión.
2do caso (Compresión de gas):
Aquí, el entorno ejerce la fuerza sobre el pistón y comprime el gas. Dado que la dirección de la fuerza al rodear el sistema y el desplazamiento del pistón (ambos hacia abajo) están en la misma dirección, ¿no debería ser positivo el trabajo realizado por el entorno al sistema? Pero, W=PΔV da -ve trabajo, ya que el volumen disminuye durante la compresión. ¿Por qué el concepto mecánico de trabajo y W=PΔV no da el mismo resultado?
(En Física) Generalmente se nos dice que el trabajo realizado por el sistema es positivo y el trabajo realizado por el entorno sobre el sistema es negativo.
Pero la segunda imagen muestra exactamente con lo que estoy confundido. Durante la compresión, ¿es el gas el que hace trabajo negativo, no el entorno que hace el trabajo en el gas?
La primera imagen es una captura de pantalla del libro University Physics. La segunda foto es de aquí .
Primero, debe notar que el signo del trabajo depende de a quién considere que hace el trabajo (convertidor de energía). Cuando la fuerza transfiere energía al objeto (es decir, el objeto gana algo de energía) se realiza un trabajo positivo y cuando se transfiere de un objeto (es decir, el objeto pierde algo de energía) se realiza un trabajo negativo (imagine el trabajo realizado por la fricción ). Ahora, en termodinámica, el generador de trabajo es el entorno (es decir, debe considerar el trabajo realizado por el entorno en el sistema) y, por lo tanto, debe considerar los cambios de energía del sistema respectivo (en el que se realiza el trabajo). Entonces, cuando el sistema gana algo de energía, se realiza un trabajo positivo y cuando el sistema pierde algo de energía, se realiza un trabajo negativo.
Normalmente, ambos resultados son los mismos para el trabajo, pero se define de otra manera como escribiste: por lo que el trabajo que puede obtener por integración.
Tanto en mecánica como en termodinámica, el trabajo realizado por el sistema sobre el entorno es igual al vector de fuerza que el sistema ejerce sobre el entorno punteadocon el vector de desplazamiento. Si el vector fuerza ejercido por el sistema sobre su entorno tiene la misma dirección que el desplazamiento (como, por ejemplo, cuando el sistema mecánico está desacelerando), el trabajo realizado por el sistema sobre su entorno tiene signo positivo (y el trabajo realizado por los alrededores del sistema tiene signo negativo). Si el vector fuerza ejercido por el sistema sobre su entorno es de dirección opuesta al desplazamiento (como, por ejemplo, cuando el sistema mecánico está acelerando), el trabajo realizado por el sistema sobre su entorno tiene signo negativo (y el trabajo realizado por los alrededores del sistema tiene signo positivo).
Digraj Khan
Chet Miller
david blanco