Работа расширения газа в разных условиях

[LLR]

Тема детсадовская но я умудрился в ней запутаться... Почему говорят что в обратимом процессе работа расширения газа максимальная?

[Maryna]

Попробую. Потому что в равновесном процессе движущая и противодействующая силы отличаются на бесконечно малую величину, например, давление газа Р, а давление в окружающей среде P+dP, и тогда произведение обобщенной силы на обобщенную координату (то есть работа) (P+dP)dV практически равна PdV, то есть потерянная работа delta(конечное приращение)PdV = (P+dP-P)dV практически равна нулю. А в реальных необратимых процессах разность давлений конечна, следовательно, эта самая потерянная работа тоже имеет конечное значение.
На самом деле, вопрос не такой уж и детсадовский.

[LLR]

Непойму какая может быть работа расширения в состоянии равновесия, когда dV то же стремится к 0...?

[Maryna]

Так в том-то и дело, что в равновесном процессе в каждый момент времени движущая сила есть, но бесконечно маленькая, и процесс осуществляется бесконечно медленно, и изменение объема бесконечно маленькое, но все же есть

[LLR]

Спрошу немного по другому: Возьмем систему - цилиндр с поршнем. В необратимом процессе газ под поршнем самопроизвольно расширился и так так и остался (случай когда давление под поршнем больше), совершив при этом работу расширения. В обратимом процессе газ расширился под действием например подведенного тепла (греем поршень) а потом самопроизвольно сжался до исходного состояния. Получается что при необратимом процессе (на моем примере с поршнем) газ имеет тенденцию к расширению а в обратимом к сжатию. И почему у газа, который постоянно стремится сжаться работа расширения будет больше?

[LLR]

А в реальных необратимых процессах разность давлений конечна, следовательно, эта самая потерянная работа тоже имеет конечное значение.

А реальные необратимые процессы могут быть изобарными?

[Maryna]

Получается что при необратимом процессе (на моем примере с поршнем) газ имеет тенденцию к расширению а в обратимом к сжатию. И почему у газа, который постоянно стремится сжаться работа расширения будет больше?

Вы, кажется, путаете понятие обратимого и равновесного процессов. Всякий равновесный процесс (протекающий через ряд равновесных состояний; протекающий как в прямом, так и в обратном направлении без каких-либо изменений в окружающей среде) обратим, но не всякий обратимый процесс (который может протекать как в прямом, так и в обратном направлении) будет равновесным. Максимальна работа только равновесного обратимого процесса. Более того, чтобы сравнивать величину работы, конечное состояние обоих процессов (равновесного и неравновесного), конечно, надо брать одинаковым. Легко придумать необратимый процесс, работа которого больше обратимого, если конечные состояния разные.

А реальные необратимые процессы могут быть изобарными?

Конечно, почему бы нет? Бросьте в стакан воды льдинку, и она расплавится, а протекать все это будет при постоянном внешнем давлении.

[CheEngineer]

1. Газ не может иметь тенденции сжаться - это противоречило бы второму закону термодинамики - все тела стремятся расшириться.
2. Равновесный процесс не обязательно должен быть бесконечно медленным - необходимо, чтобы время его протекания было много больше времени релаксации системы. Для расширения газа это означает, что скорость движения поршня должна быть много меньше скорости звука в этом газе.
3. Ответ на вопрос темы имеется в книгах:
- Ландау, Ахиезер, Лифшиц Курс общей физики. Механика и молекулярная физика
- Ландау, Лифшиц Статистическая физика