Работа внешних сил
Работа внешних сил — это энергия, переданная газу при его сжатии или другом изменении объёма под действием окружающих тел. Например, при нажатии на поршень внешняя сила совершает работу над газом и обычно увеличивает его внутреннюю энергию.
Понятие рассматривают вместе с работой газа. Если газ расширяется, он действует на поршень и совершает работу сам. При сжатии, наоборот, поршень действует на газ, поэтому работа внешних сил направлена на передачу энергии газу.
Формула
Если давление газа или внешнее давление постоянно, работу внешних сил находят по изменению объёма:
Здесь \(p\) — давление, \(V_1\) — начальный объём, \(V_2\) — конечный объём. При сжатии \(V_2<V_1\), поэтому результат положителен. При переменном давлении используют площадь под графиком зависимости давления от объёма с учётом выбранного направления процесса: \(A_{\text{внеш}}=-\int_{V_1}^{V_2}p\,dV\).
Газ сжимают при постоянном давлении \(p=100\,000\) Па: объём уменьшается с \(0{,}020\) до \(0{,}015\) м³. Работа внешних сил равна \(A_{\text{внеш}}=100\,000\cdot(0{,}020-0{,}015)=500\) Дж. Значит, газ получил от внешних тел 500 Дж энергии.
Работа внешних сил и работа газа при одном и том же процессе имеют противоположные знаки: \(A_{\text{внеш}}=-A_{\text{газа}}\). Поэтому при сжатии работа внешних сил положительна, а работа газа отрицательна. Это важно при применении первого закона термодинамики.
Газ сжали при постоянном давлении. Какой знак имеет работа внешних сил?
Главное
- Работа внешних сил описывает передачу энергии газу или от газа при изменении его объёма.
- При постоянном давлении \(A_{\text{внеш}}=p(V_1-V_2)\).
- При сжатии работа внешних сил положительна, а работа газа имеет противоположный знак.