Trabajo realizado sobre el sistema y sus alrededores en una compresión adiabática irreversible

En un proceso de compresión irreversible adiabático, suponga que la presión PAG mi X t comprime el pistón y hace algo de trabajo, digamos 50J. (50J de energía se pierden al rodear). Dado que la presión PAG i norte t es menor que el PAG mi X t , el trabajo realizado por el sistema en el entorno será -20J (supongamos). El signo negativo muestra que se pierden 20J de energía a mi alrededor. ¡Pero inicialmente vimos que los alrededores perdían 50J! ¿Cómo abordar esta discrepancia? Estoy muy confundido.

La fuerza interna por unidad de área que el gas ejerce sobre el pistón no es menor que la presión externa (por ejemplo, para un pistón sin fricción y sin masa). Por la tercera ley de Newton, la fuerza que ejerce el gas sobre la cara interior del pistón es igual y opuesta a la fuerza que ejerce la cara interior del pistón sobre el gas. Por lo tanto, en realidad es incorrecto decir que la presión interna (en realidad, más precisamente, la tensión de compresión interna) es menor que la presión externa.
¿Qué pasa con un proceso práctico en el que un vaso de precipitados de gas se comprime repentinamente debido a la presión externa excesiva? Y según la 3 ley de Newton, fuerza sobre el gas debida al pistón= fuerza sobre el pistón debida al gas. No podemos esto: fuerza sobre el pistón debido al gas = fuerza sobre el pistón debido al entorno. Porque conducirá a un equilibrio estático que no es el caso que mencioné anteriormente.
¿Podría verificarme esta afirmación, es siempre que el trabajo realizado por el gas en el medio ambiente = trabajo realizado por el gas en el medio ambiente (debido a que las presiones son iguales a través del límite)? @ChetMiller
@Buraian En el caso de una deformación irreversible, llamando a la fuerza por unidad de área ejercida por el gas en la cara interior del pistón (es decir, sus alrededores), la presión es un poco imprecisa, porque la tensión de compresión en una deformación irreversible no es isotrópica, y la presión es una entidad que es isotrópica. Las tensiones viscosas no son isotrópicas y se suman (o restan) de lo que uno interpretaría como la presión. Si está preguntando si el trabajo realizado por la fuerza de compresión por unidad de área del gas en su entorno es igual al trabajo del entorno en el gas, entonces sí.
Gracias, eso hizo las cosas mucho más claras @ChetMiller Si pudiera abordar la pregunta de Nikhil sobre cómo se puede mover el pistón si la fuerza total es cero, también sería bueno.
@Buraian No entiendo la pregunta de Nikil. ¿Puedes por favor volver a expresarlo usando un mejor inglés? Algo se perdió en la traducción.
En esencia, Nikhil dice que cuando la presión externa aplicada se transfiere del pistón al gas, el gas empujará el pistón hacia atrás en una cantidad igual y opuesta. Ahora, dado que tenemos dos fuerzas actuando sobre el pistón, la fuerza original debida a Ext P y el gas interior empujando hacia atrás, debe ser que la fuerza neta sobre el pistón es cero y, por lo tanto, no puede moverse @ChetMiller Por lo tanto, no hay compresión.
@Buraian Debe decidir cuál es su sistema y, en particular, dónde termina su sistema y comienza el entorno. ¿Su sistema incluye solo el gas (y el pistón es parte del entorno) o su sistema también incluye el pistón y el entorno comienza en la cara exterior del pistón?
@Buraian. ¿Está familiarizado con el sitio web PhysicsForums.com? Sugiero que cambiemos nuestra discusión a ese sitio, donde podemos discutir todo esto de manera más conveniente, incluida la vista previa de las ecuaciones en las respuestas.
@Chet Miller, oh, gracias, primero consideré que el pistón era parte del sistema y luego una parte del entorno, lo que creó un gran problema. Creo que esta es la respuesta de mi pregunta original, es decir; si el entorno ha realizado un trabajo de +50J en el sistema (incluido el pistón de gas), entonces simultáneamente el sistema (más precisamente ese pistón) estaba haciendo la misma cantidad de trabajo, pero de signo opuesto, en el entorno. Debido a la tercera ley de Newton, la fuerza ejercida por el sistema (ese pistón) sobre el entorno es igual y opuesta a la fuerza ejercida por el entorno sobre el pistón (sistema).
Aquí, no consideramos nada relacionado con la presión interna porque está DENTRO del sistema y está aplicando fuerza en el interior del pistón, lo que significa que en realidad no interactúa en absoluto con el entorno. Gracias, entendí tu punto.
Sí, tengo una cuenta, ¿creo un hilo? No sé cómo mover el contexto de la discusión de los comentarios aquí a una publicación allí @ChetMiller
@Buraian Supongo que en PF, ¿está usando el nombre de usuario Burian? De todos modos, abrí un hilo en el que puedes participar. Está bajo Física Clásica en la subcategoría Termodinámica.

Respuestas (1)

La fuerza que ejerce el gas sobre la cara interior del pistón debe ser de igual magnitud y dirección opuesta a la fuerza que ejerce la cara interior del pistón sobre el gas. Así que el trabajo que hace el gas sobre el pistón siempre debe ser igual y de magnitud y de signo opuesto al trabajo que hace la cara interior del pistón (es decir, los alrededores) sobre el gas.

El problema es que, para una compresión o expansión irreversible, no se puede usar la ley de los gases ideales para calcular la fuerza que ejerce el gas sobre el pistón o el trabajo realizado por el gas, porque la ley de los gases ideales no es válida para una compresión o expansión irreversible. expansión. La ley de los gases ideales solo se aplica en el equilibrio termodinámico, que no está presente en una compresión o expansión irreversible. En el caso irreversible, aprenderá cuando estudie mecánica de fluidos, que hay tensiones viscosas en el gas además del comportamiento del gas ideal que afecta la fuerza por unidad de área en la cara del pistón (así como en todo el gas) .

En el caso irreversible, si queremos calcular el trabajo, nuestra única opción es utilizar la fuerza externa por unidad de área que ejerce el entorno sobre el gas en la cara interior del pistón (si se conoce o especifica).

Trabajo realizado sobre el sistema y sus alrededores en una compresión adiabática irreversible
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