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El calor y el trabajo no son las funciones estatales del sistema. ¿Por qué?

El calor y el trabajo, a diferencia de la temperatura, presión y volumen, no son propiedades intrínsecas de un sistema. Ellos sólo tienen sentido ya que describen la transferencia de energía que entra o sale del sistema.

Este es el extracto de Halliday Y Resnick.

Mi chem libro escribe:

El calor y el trabajo son las formas de energía en tránsito. Sólo aparecen cuando se produce cualquier cambio en el estado del sistema y los alrededores. No existen antes o después del cambio de estado.

Así, el calor de la energía depende de la ruta de acceso o la forma en que los cambios en el sistema, ¿verdad? Así, se dice, por un camino que conecta dos estados, más el calor de la energía puede ser liberada, mientras que por otro camino, menos calor se libera. Cómo? Para los mismos dos estados, ¿cómo puede haber una cantidad diferente de la liberación de energía térmica? Es allí cualquier intuitiva ejemplo para entender esto?

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Chris Meek Puntos 1603

Usted y un amigo están en frente de una montaña. Ambos están a 100 m de elevación. Por lo tanto, usted está en el mismo estado. Ahora usted camina hasta la parte superior, su amigo se toma el bus. Entonces usted tanto comparar la cantidad de energía que gasta en sus formas. Has pasado mucho más de lo que él hizo. Una tercera persona viene y te muestra la cantidad de energía que necesitaba para ir en bicicleta. 3 diferentes niveles de trabajo realizado. Pero aún así, todos ustedes están en el mismo estado, por ejemplo 1100m de altitud.

Funciona una función como f(x) = y. Si alguien le dice cuánta energía se gasta, puede usted decirle exactamente, qué consiguió? Si no, "la energía pasó" no es una función del estado.

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kbh Puntos 328

Piense en ello de esta manera. Cuando se tiene un objeto de masa $m$, que se celebra con una altura de $h$ por encima de algún punto de referencia, crees que es tener la energía potencial (considerando sólo las interacciones gravitacionales) $U= m g h$, y la gravedad va a ejercer una cantidad de trabajo $W_g = m g h$ sobre el objeto. Al colocar el objeto, caerá hacia la tierra, hacia el "equilibrio", por así decirlo. No hablar de la cantidad de "trabajo" que la masa tiene cuando en su altura original, ni de la cantidad de "trabajo" perdido, pero de su energía (en relación a un punto de referencia en todo el estado, $U$. Por otra parte, debemos decir que la energía potencial es una función de estado, ya que depende sólo de la inicial y la final alturas de la masa en cuestión.

De la misma manera, uno no se refiere a su auto con la cantidad de "calor" que tenga un objeto, ya que es simplemente un término utilizado para indicar el monto de la transferencia de energía entre los sistemas a medida que se mueven dentro y fuera de los equilibrios. Hablamos de la energía térmica, energía interna, energías libres y de tal manera que son funciones de estado del sistema - exactamente de la misma manera que la energía potencial gravitacional $U$ fue en la mecánica analógica a este termodinámico caso. De la misma manera, podemos decir que la energía térmica del sistema es una función de estado, en la medida en que, generalmente, depende (más o menos) en las temperaturas inicial y final y cantidades termodinámicas de la masa en cuestión.

Edit: he releído tu pregunta y quiero hacer otro punto a aclarar las cosas. Sí, de hecho, diferentes caminos pueden resultar en diferentes cantidades de transferencia de calor - la primera ley de la termodinámica dice:

$\delta E = Q + W$, en $Q$ es la cantidad de flujo de calor en el sistema, $W$ es el trabajo realizado sobre el sistema, y $\delta E$ es el total estado de cambio de energía interna del sistema. Uno puede ver que uno puede de entrada decir, 100 J de calor y no hacer ningún trabajo en un sistema de resultar en un cambio neto $\delta E$ de 100 J, y de la misma manera, uno puede dividir ese $100 J$ entre $W$ $Q$ para obtener el mismo efecto.

La intuición es la siguiente. Imagine que usted tiene un frasco de gas. Usted puede aumentar la temperatura (y por lo tanto dar un positivo $\delta E$) mediante la adición de $100 J$ de calor, o usted puede comprimir haciendo $100 J$ de trabajo para obtener el mismo efecto. Espero que borra las cosas!

5voto

Daniel Broekman Puntos 1951

Suponga que tiene un sistema termodinámico en un estado de $A$. En este estado en el que se tiene una cierta cantidad de energía interna, $U_A$, debido a que la energía interna es una variable de estado. Usted puede determinar la energía interna conociendo sólo el estado.

Ahora supongamos que el sistema se somete a algún proceso - no sabe (o atención) lo que la deja en estado de $B$. De nuevo, usted puede determinar su energía interna conociendo sólo el estado, y que la energía se $U_B$.

Claramente, para obtener de estado $A$ estado $B$, el sistema tenía que ganar una cantidad neta de energía $\Delta U = U_B - U_A$. El hecho es cierto, no importa lo que el proceso fue. Esperemos que todo está claro hasta el momento.

Pero espero que también está claro que cómo que la energía se transfiere al sistema depende del proceso. Hay muchos - o, bueno, al menos de varias maneras diferentes por los cuales la energía puede ser transferida dentro o fuera de un sistema, tales como la radiación electromagnética, el sonido, la gravedad, o físicamente de empujar algo. Los diferentes procesos que se utilizan diferentes métodos, o diferentes combinaciones de métodos (porque es posible para un proceso de transferencia de energía por radiación EM y algunos por el sonido, por ejemplo).

Hemos agrupar estos métodos de transferencia de energía en dos categorías, el calor y el trabajo. En general, los métodos que involucran el sistema empujando su medio ambiente a su alrededor (o viceversa) cuenta como trabajo, mientras que otros cuentan como calor. (Este debe tener sentido porque necesita de la fuerza y un cambio en la posición de tener un trabajo.) Así, dependiendo del proceso por el cual el sistema recibe de $A$$B$, la cantidad de energía transferida por los métodos de calor y la cantidad de energía transferida por los métodos de trabajo pueden variar. Cualquier básicos de la termodinámica libro de texto se dan varios ejemplos para mostrar cómo la distribución de la transferencia de energía entre el calor y el trabajo depende del proceso.

Por supuesto, la cantidad total de energía que se transfiere a través de todos los métodos es siempre el mismo: no siempre tiene que ser $\Delta U$. Eso es sólo la conservación de la energía.

4voto

VINOD KUMAR Puntos 1

Supongamos que una persona quiere llegar al cuarto piso desde el primer piso y puede tomar dos formas: una a través de la escalera y otra a través del ascensor. En ambos casos, su estado inicial y final es el mismo, pero en ambos casos, la cantidad de calor que liberó es diferente. Por lo tanto, podemos decir que el calor es una función de trayectoria, no la función de estado.

1voto

Count Iblis Puntos 3330

En el nivel micro, si usted fuera a seguir la pista de todos los grados de libertad del sistema, entonces todos los de la energía interna y el cambio sería computables como de trabajo, el intercambio de calor siempre igual a cero para cualquier proceso. Cuando la energía se intercambia, esto es siempre debido a las moléculas que interactúan unos con otros y por lo tanto la realización de trabajo en cada uno de los otros.

El punto entero de la termodinámica es el de proveer una efectiva descripción de macroscópicas de los sistemas como el calor de los motores o de lo que pasa en una farmacia de la prueba de tubo en términos de sólo un par de macroscópicamente accesible parámetros tales como la energía interna total, presión, etc. Ahora, en general, la ecuación de movimiento de un sistema que consta de, digamos, $10^{23}$ moléculas no arrojará un cerrado descripción de sólo unas pocas de sus características macroscópicas. Pero si se cumplen ciertas condiciones que conducen a la suposición de equilibrio térmico, a continuación, esto no funciona.

Ahora, la descripción macroscópica de un sistema es, en principio, siempre arbitraria, hay que decidir cómo dividir el, digamos, $10^{23}$ grados de libertad en los pocos que se deciden a seguir el rastro. El resto de los grados de libertad son tratados statisically, entran en las ecuaciones como la temperatura, la entropía, el calor etc.. Trabajo se define como el cambio en la interna eenrgy debido al cambio en el nivel macroscópico exteriores de los parámetros del sistema a mantener explícita de la pista, y el calor se define como el intercambio de energía que se debe a todos los grados de libertad no explícita de la pista, y que sólo tratar estadísticamente.

Así, la razón por la que la energía interna de la diferencia en sí no especificar el trabajo realizado, es porque la energía interna y la diferencia se define ya en el nivel microscópico. Toda la contabilidad, por lo que parte del cambio es el calor y lo que es trabajo sólo está definida después de especificar cómo definir los efectivos de la termodinámica descripción del sistema. Si de alguna manera la energía interna cambia también definir la cantidad de trabajo, cualquier alternativa de la termodinámica descripción tendría que producir la misma cantidad de trabajo, sin embargo, sabemos que siempre hay una descripción disponible donde toda la energía interna de cambio es debido al trabajo.

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