Arbeid i termodynamikk

Arbeid utført av eit system i termodynamikk er energien som vert overført frå systemet til eit anna ved hjelp av endringar i dei ytre generaliserte mekaniske restriksjonane til systemet. Slik sett er eit termodynamisk arbeid ei generalisering av konseptet mekanisk arbeid i mekanikk.

Dei ytre generaliserte mekaniske restriksjonane kan vere kjemiske, elektromagnetiske (inkludert stråling, som i laser-kraft), gravitasjon, eller trykk/volum eller andre enkle mekaniske restriksjonar, som moment, som i strålingsoverføring. Termodynamisk arbeid er definert til å kunne målast utelukkande ut frå kjennskapen til slike ytre makroskopiske restriksjonsvariablar. Desse makroskopiske variablane opptrer alltid i kopla par, som til dømes trykk og volum, magnetisk flukstettleik og magnetisering, molbrøk og kjemisk potensial. i SI-system vert arbeid målt i joule (symbol: J). Endringa som arbeidet vert utført i er effekt.

Oversyn
Den første termodynamikklova knyter endringar i den indre energien til eit termodynamisk system til to former for energioverføring.

Omgrepet termodynamisk arbeid er meir generelt enn det enkle mekaniske arbeidet, fordi det omfattar andre typar energioverføring i tillegg. Ein særs viktig faktor for å forstå termodynamisk arbeid er heilt og haldent definert av dei ytre generaliserte mekaniske variblane. Den andre forma for energioverføring er varme. Varme vert målt ved endringar i temperaturen til ei kjend kalorimetrisk stoffmengd. Det ligg i essensen til varme at han ikkje er definert av dei ytre generaliserte mekaniske variablane som definerer arbeid. Denne skilnaden mellom arbeid og varme er særs viktig i termodynamikk.

Arbeid syner til former for energioverføring som ikkje endringar i dei ytre makroskopiske fysiske restriksjonane til systemet kan stå for, til dømes energi som går til å utvide volumet til eit system mot eit ytre trykk, ved å drive eit stempel ut av ein sylinder mot ei ytre kraft.

Dette står i kontrast til varme, som er energi transport eller omforma ved mikroskopiske termale partikkelrørsler, eller ved varmestråling Dette finst berre to makroskopiske varmeoverføringa mellom system: varmeleiing og varmestråling. Det finst fleire former for å omforme energi som kan dukke opp internt i eit system som produserer eller forbruker varme på mikroskopisk nivå: friksjon inkludert viskositet, kjemisk reaksjon, utviding utan restriksjonar som i jouleutviding og diffusjon, faseovergangar; desse overfører ikkje varme mellom system. Konveksjon av energi er ei form for energitransport, men ikkje, som ein ofte feilaktig trur, ei form for varmeoverføring, fordi kovensjonen i seg sjølv ikkje er ei mikroskopisk rørsler av partiklar eller foton, men ei samla rørsler av vegeleg stoff med ein indre energi. Den nulte lova i termodynamikken tillett berre ei form for temperatur ved likevekt, og det er derfor mogeleg å definere ein makroskopisk variabel til temperatur, nemleg entropi.

Formel
I følgje den første lova i termodynamikken, vil ein netto auke i den indre energien, U, til eit termodynamisk system vert gjort reie for i form av varme, δQ, som vert tilført systemet og arbeidet δW utført av systemet:

Bokstaven d indikerer totalt differensial, og uttrykker at den indre energien U er ein eigenskap ved tilstanden til systemet. Dei er berre avhengig av den originale tilstanden og den endelege tilstanden, og ikkje korleis ein kjem fram dit. I motsetnad viser den greske delta  (δ) i likninga til at varmeovrføring og arbeidsoverføring ikkje er eigenskapar i den endelege tilstanden til systemet. Om ein berre har starttilstanden og sluttilstanden til systemet, kan ein berre sei kvar den endelege endringa i den indre energien er, ikkje kor mykje energi som gjekk med til varme og kor mykje som gjekk med til arbeid. Dette kan oppsummerast med å sei at varme og arbeid ikkje er tilstandsfunksjonar i systemet.

Trykk-volum-arbeid
Trykk-volum-arbeid, (eller pV-arbeid) skjer når volumet (V) til eit system vert endra. pV-arbeid vert ofte målt i einingar liter-atmosfærar, der  = . Liter.atmosfære er ikkje ei SI-eining. pV-arbeid er eit viktig tema innan kjemisk termodynamikk.

pV-arbeid vert representert av den følgjande differensiallikninga:

der:
 W = arbeid utført på systemet
 p = trykk
 V = volum

Likninga for arbeid over gjeld for alle reversible prosessar i eit lukka system.

Den første lova i termodynamikken kan derfor skrivast

Sjå òg 
Mekanisk arbeid
Termodynamikk
Kjemi
Kjemisk rekasjon

Kjelder 

Denne artikkelen bygger på «Work (thermodynamics)» frå ,  den 17. april 2011. 
 oppgav desse kjeldene:
G.J. Van Wylen and R.E. Sonntag (1985), Fundamentals of Classical Thermodynamics, John Wiley & Sons, Inc., New York ISBN 0-471-82933-1

Termodynamikk