¿Qué significa el trabajo en termodinámica en comparación con otras partes de la física?

Cuando me enseñaron mecánica, mi maestro dijo que el trabajo es ante todo un cambio de energía ($W= \Delta E$), y puedes encontrar el trabajo realizado usando la ecuación$W = Fcos( \theta)d$.

Eso es correcto. Este es el medio de transferencia de energía que generalmente se considera en la mecánica newtoniana. Pero en realidad hay dos tipos de transferencia de energía: Trabajo y Calor. Ambos están cubiertos en termodinámica. El calor es la transferencia de energía debido únicamente a una diferencia de temperatura.

Además, parece como si la primera ley de la termodinámica,$\Delta U = Q + W$, es una contradicción directa con el principio anterior porque uno no puede hacer ningún trabajo ($W=0$), y todavía tienen un cambio en la energía interna (a través del calor (Q)).

No hay contradicción. Eso es porque en termodinámica la energía interna$U$de algo es la suma de las energías cinética y potencial de una sustancia a nivel microscópico. Esta forma de energía no suele tratarse en mecánica. Se ocupa de las energías cinética y potencial de los objetos en su conjunto, es decir, a nivel macroscópico.

Por ejemplo, en los procesos isométricos, el trabajo realizado siempre es 0 porque el trabajo se define como$W=-P \Delta V$y el cambio de volumen es 0; sin embargo, la energía interna aún puede cambiar en procesos isométricos a través de la pérdida o ganancia de calor. ¿No sería correcto decir que se ha realizado trabajo en este punto, porque la energía del sistema ha cambiado (a través del calor)?

Las energías cinéticas y/o potenciales microscópicas internas pueden aumentar o disminuir como resultado de la transferencia de energía por trabajo y/o calor. La temperatura de una sustancia es una medida de las energías cinéticas de las moléculas y átomos de una sustancia. La temperatura se puede cambiar mediante transferencia de calor o transferencia de trabajo. Por ejemplo, se puede aumentar la temperatura de un gas realizando un trabajo sobre el gas, es decir, comprimiéndolo. El mismo aumento de temperatura puede ser causado por la transferencia de calor, es decir, exponer el gas a algo a una temperatura más alta. El resultado final (aumento de la temperatura) es el mismo, uno debido al trabajo y el otro debido al calor.

Parece que he definido algo mal, así que mi pregunta es ¿qué es? ¿El trabajo de alguna manera no se refiere a energía térmica/calor, o la energía interna significa algo más que energía? ¿O es solo una convención en termodinámica usar 'trabajo' para referirse específicamente a$W = -P > \Delta V$, y NO para cambiar la energía en general (como excluye la transferencia de energía térmica)?

Tengo problemas para seguir esto. Pero el punto en termodinámica es que la energía interna (energías cinética y potencial microscópicas de las moléculas y átomos) puede ser cambiada por trabajo y/o calor, y por esta razón tanto el trabajo como el calor están incluidos en la primera ley.

En mecánica, la energía cinética de un objeto como un todo generalmente solo puede cambiar como resultado del trabajo. Tomemos una pelota de béisbol. Puedo darle energía cinética haciendo trabajo sobre él, es decir, lanzándolo. Pero si la pelota está sobre una mesa y la calenté, no adquirirá una velocidad (energía cinética) como un todo. Pero el calor aumentará las velocidades de los átomos y moléculas de la pelota, lo que resultará en un aumento de la temperatura. Su energía interna aumenta.

Gracias, tu respuesta me ayudó mucho con estos conceptos. Para aclarar, ¿es correcto decir: 1. El trabajo se puede definir en TODOS los niveles como W = Fd (o algo similar)

Es esencialmente correcto decir que el trabajo se puede definir en todos los niveles como fuerza por desplazamiento, aunque este producto puede tomar varias formas. En el caso del trabajo de contorno (el trabajo realizado al expandir o contraer los límites de un sistema cerrado), la presión por el volumen reemplaza la fuerza por el desplazamiento. En el caso del trabajo del eje para un sistema abierto (p. ej., trabajo realizado por turbinas), el par multiplicado por el desplazamiento angular reemplaza la fuerza por el desplazamiento. Pero incluso estas variaciones aún se reducen a fuerza por desplazamiento cuando se realizan sustituciones aplicables.

2. Solo en mecánica, el trabajo también se puede definir como W = cambio en energía, y esto es exclusivo de mecánica porque en mecánica

El trabajo es la transferencia de energía. Las consecuencias de la transferencia pueden ser una disminución o un aumento de la energía que posee el objeto entre el cual se transfiere la energía.

Cuando tu maestro dijo

$$W=\Delta E$$ es posible que se haya referido al teorema de la energía del trabajo, que establece que el trabajo neto realizado sobre un objeto es igual a su cambio de energía cinética. El término clave es trabajo neto porque el trabajo puede ser positivo o negativo. El trabajo es positivo si la fuerza tiene la misma dirección que el desplazamiento ($θ=0$) y negativo si la fuerza es opuesta a la dirección del desplazamiento ($θ=180^0$). El "cambio en la energía cinética" se refiere a la energía cinética del objeto como un todo, es decir, su energía cinética macroscópica y no la energía interna microscópica interna de la primera ley, aunque existe una conexión sutil como se analiza a continuación.

El trabajo es el único factor que cambia la energía, mientras que en otras cosas como termo, la energía puede cambiar por otros factores además del trabajo, por ejemplo, el calor.

El trabajo es el único factor que puede cambiar la energía cinética o potencial macroscópica de los objetos como un todo, mientras que tanto el trabajo como el calor pueden cambiar la energía cinética o potencial microscópica interna de un objeto.

Espero que esto ayude

El trabajo, tal como se define en la mecánica, se ocupa únicamente del cambio en la energía cinética; específicamente, energía cinética de traslación del centro de masa y energía de rotación alrededor del centro de masa. No se ocupa de los cambios en la energía interna y no considera la transferencia de energía del calor.

El trabajo, tal como se define en la termodinámica, es un concepto mucho más amplio y es "energía que cruza un límite del sistema sin transferencia de masa debido a cualquier diferencia de propiedad intensiva distinta de la temperatura entre el sistema y su entorno". Este trabajo puede cambiar la energía interna. La primera ley de la termodinámica considera el trabajo y la transferencia de calor y masa en un balance general de energía para un sistema.

La confusión es que el mismo nombre "trabajo" se usa para referirse a dos conceptos diferentes.

Para abordar esta confusión, algunos han propuesto llamar al trabajo como se define en la mecánica "pseudotrabajo" y usar el trabajo para referirse solo al concepto de termodinámica. Ver DOI:10.1119/1.13173Corpus ID: 123663518 Pseudotrabajo y trabajo real B. Sherwood Publicado en 1983 Física American Journal of Physics