Работа в термодинамике. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Работа в термодинамике - способ обмена энергией между термодинамич. системой и окружающими телами при изменении внеш. параметров состояния, к-рые определяют положение границ раздела системы или её частей и взаимодействие с внеш. силовыми полями; кол-во энергии, передаваемое этим способом. Др. способом обмена энергией, связанным с изменением энтропии, является передача теплоты. Величина Р. максимальна для квазистатич. процессов (принцип максимальной работы), в этом случае выражение для P. dW, производимой системой при бесконечно малом изменении внеш. параметров dx = {dx_i}, записывают по аналогии с механикой в виде

- соответствующая параметру x_i обобщённая сила, характеризующая реакцию системы на квазистатич. изменение

Выражение для Р., совершаемой при конечном изменении состояния, записывают в виде интеграла

Это выражение существенно зависит от того, какие значения имеют величины

в каждом из промежуточных состояний квазистатич. перехода 1 : 2, к-рые определяются не только набором параметров x_i, но и значениями температуры Т (или энтропии S) и чисел частиц отд. компонентов N =

. Величина DW зависит от пути интегрирования, а

не является полным дифференциалом в переменных (Т, x, N), определяющих термодинамич. состояние системы. Поэтому в результате замкнутого кругового процесса можно получить отличную от нуля работу.

Величина

участвует наряду с изменением внутр. энергии dU и величиной подводимого к системе тепла.

dQ в балансе, выражающем первое и второе начала термодинамики для квазистатич. процессов:

где

- хим. потенциалы компонентов системы. Для адиабатически изолиров. системы (dS = 0) с фиксиров. числом частиц (dN = 0) выражение для dWопределяется изменением внутр. энергии,

для системы с фиксиров. температурой - изме-

нением её свободной энергии, (dW)s= - d(U-TS)_T= (-dF)_T и т. д.

Примеры. Р. пространственно однородной системы при изменении dV её объёма равна

(р - давление; при наличии касательных напряжений выражение для dW составляется в соответствии с правилами теории упругости). Для поверхностной плёнки

(s - коэф. поверхностного натяжения, S - площадь поверхности раздела фаз). Для гальва-нич. элемента

- эдс элемента, dq - про-

текший через него заряд). Для диэлектриков используют неск. вариантов выбора параметров состояния и соответствующих им выражений для удельной Р.

- полная Р. (Е - напряжённость электрич. поля, D - индукция);

- поляризация диэлектрика). Для магнетика уд. Р.:

- соответственно магн. индукция и намагниченность). Приведённые варианты для dw отличаются друг от друга на величины, являющиеся полными дифференциалами (для диэлектрика это ,

к-рые можно включить в дифференциал внутр. энергии dU, поэтому каждому из выборов x_i соответствует согласованное определение величин

Литература по работе в термодинамике

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.