Lucrul mecanic în termodinamică
I. Cum se poate efectua schimbul de energie
Schimbul de energie dintre un sistem termodinamic închis şi mediul exterior poate avea loc în două moduri:
a) prin efectuare de lucru mecanic;
b) prin transfer de caldură.
II. Lucrul mecanic
Măsura energiei transferate sistemului în condiţiile interacţiunilor care au drept rezultat o variaţie a parametrilor de poziţie sub acţiunea unor forţe, este lucrul mecanic.
L = pΔV
1. Cazul destinderii unui gaz
În cazul destinderii, gazul efectuează lucru mecanic asupra mediului exterior, deci:
L > 0, (Vf > Vi).
2. Cazul comprimării unui gaz
Dacă în condiţii similare, gazul s-ar fi comprimat, atunci:
L < 0, (Vf < Vi).
3. Cazul transformării izocore
Pentru o transformare izocoră, neexistând variaţie a volumului, gazul nu schimbă energie sub formă de lucru mecanic cu mediul exterior:
L = 0, (V = const.; ΔV = 0).
4. Mişcarea ordonată a moleculelor
Lucrul mecanic este o măsură a variaţiei energiei sistemului prin mişcarea ordonată a moleculelor într-un proces.
III. Căldura
O altă modalitate prin care un sistem termodinamic efectuează schimb de energie cu mediul exterior se datorează ciocnirilor dintre molecule.
Acestea se produc dacă există contactul termic.
Rezultatul observabil la nivel macroscopic este realizarea echilibrului termic.
Forma de energie transferată între corpurile aflate în contact termic se numeşte căldură.
Q = K · ΔT
unde factorul de proporţionalitate K este numit capacitate calorică.
1. Cazul primirii de căldură
Când un corp primeşte căldură, în general temperatura lui creşte deci:
Q > 0.
2. Cazul cedării de căldură
Când un corp cedează căldură, temperatura lui scade:
Q < 0.
3. Cazul transformării adiabatice
Pentru o transformare adiabatică, deşi ΔT este diferit de zero, sistemul nu primeşte şi nu cedează căldură, deci:
Q = 0.
* Pentru orice corp, K > 0. Totuşi, în cazul adiabatic, Q = 0 deci K este nul; în alte situaţii capacitatea calorică poate fi negativă.
4. Mişcarea dezordonată a moleculelor
Spre deosebire de lucrul mecanic, căldura este o măsură a variaţiei energiei sistemului prin mişcări dezordonate ale moleculelor în cursul unui proces.
IV. Caloria
Pentru măsurarea cantităţii de căldură se mai foloseşte încă din motive de tradiţie, o unitate numită calorie.
Caloria reprezintă cantitatea de căldură necesară unui gram de apă pură, în condiţii normale de temperatură şi presiune pentru a-i ridica temperatură cu un grad, de la 14,5 la 15,5° C.
1 cal15 = 4,182 J
V. Căldura specifică
Cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi o unitate de masă dintr-o substanţă, astfel încât temperatura ei să varieze cu un grad se numeşte căldură specifică.
c = Q/mΔT
[c]SI = J/kg·K
Reţineţi diferenţa
a) Capacitatea calorică este o mărime ce caracterizează sistemul termodinamic.
b) Căldura specifică este o mărime caracteristică substanţei.
Lucrul mecanic în termodinamică
Căldura, Caloria, Căldura specifică
Etichete
– Lucru mecanic în termodinamică; lucrul mecanic termodinamică.