Знак работы в термодинамике
Работа газа положительна, если газ расширяется и сам совершает работу над внешними телами, и отрицательна, если газ сжимают. В первом законе термодинамики используют соглашение: полученное тепло идёт на изменение внутренней энергии и работу газа.
Формула работы газа
Для постоянного давления работа газа равна произведению давления на изменение объёма:
При произвольном процессе работа определяется площадью под графиком процесса на \(pV\)-диаграмме: \(A_{\text{г}} = \int_{V_1}^{V_2} p\,dV\). Если газ расширяется, \(dV>0\) и работа положительна; при сжатии \(dV<0\) и работа отрицательна.
Газ расширился при постоянном давлении \(p=2\cdot10^5\) Па от \(V_1=1\) л до \(V_2=3\) л. Тогда \(\Delta V=2\cdot10^{-3}\) м³, поэтому \(A_{\text{г}}=2\cdot10^5\cdot2\cdot10^{-3}=400\) Дж. Работа газа положительна, а работа внешних сил равна \(-400\) Дж.
Величину работа над газом часто обозначают отдельно. Она равна работе внешних сил и при сжатии положительна: \(A_{\text{вн}}>0\). Поэтому записи \(Q=\Delta U+A_{\text{г}}\) и \(Q=\Delta U-A_{\text{вн}}\) описывают один и тот же закон.
Газ сжимают: его объём уменьшается. Каков знак работы газа?
Главное
- При расширении работа газа положительна, при сжатии — отрицательна.
- Работа внешних сил противоположна работе газа: \(A_{\text{вн}}=-A_{\text{г}}\).
- В записи первого закона \(Q=\Delta U+A_{\text{г}}\) используется именно работа газа.