Тепло, работа и внутренняя энергия.

[sergey zhukov]

В книжках по термодинамике часто предупреждают, что теплота - это одно, внутренняя энергия - другое, работа - третье. Одно есть полный дифференциал, другое - нет и т.д. Не проще ли говорить, что у тела есть одна только внутренняя энергия, которой оно может обмениваться с другими телами "тепловым" или "рабочим" способами. Т.е. вообще отказаться от существительных "работа" и "тепло" и использовать их только как прилагательные "рабочий" и "тепловой"? Тогда не нужно и объяснять, что "в теле тепло не содержится" или "работа в процессе между $A$ и $B$ зависит от процесса" и т.д.

Первое же начало термодинамики часто записывают, как $\partial Q=d U + \partial A$, хотя логичнее компоновать, как $d U=\partial Q + \partial A$ и говорить "Изменение внутренней энергии тела складывается из энергии, переданной тепловым способом (неупорядоченная энергия) и энергии, переданной "рабочим" способом (упорядоченная энергия)".

[amon]

sergey zhukov в сообщении #1637802 писал(а):

Первое же начало термодинамики часто записывают, как $\partial Q=d U + \partial A$, хотя логичнее компоновать, как $d U=\partial Q + \partial A$

Обычно так и пишут $dU=\delta Q-\delta A.$ При этом $dU$ это "настоящий" дифференциал (точная дифференциальная форма), а $U$ - термодинамический потенциал, т.е. величина не зависящая от пути в исследуемое состояние. Что касается деления на "тепло" и "работу", то работа - это то, что описывается чисто механически, а теплота - то, что механически не описывается. Поэтому фОрмульно (не филологически) такое деление вполне оправдано хотя бы тем, что работа и теплота описываются разными термодинамическими переменными.

[sergey zhukov]

amon
Почитаешь в некоторых книжках объяснения этого вопроса, так ощущение такое, будто это что-то глубокое и специфическое только для термодинамики. А это просто, грубо говоря, бассейн "внутренняя энергия" с двумя трубами, на которых написано "теплота" и "работа".

[DimaM]

Термодинамика началась с конструирования паровых машин, а там работа и тепло четко различаются. А понятие внутренней энергии появилось позже.
Возможно, усугубляется использованием $PV$-диаграмм, на которых работа сразу видна (на $TS$, напротив, сразу видно тепло).

[amon]

sergey zhukov в сообщении #1637843 писал(а):

Почитаешь в некоторых книжках объяснения этого вопроса, так ощущение такое, будто это что-то глубокое и специфическое только для термодинамики.

Ну, если Вы готовы без термодинамики объяснить почему $dQ=TdS,$ и дать чисто механические (энергетические) определения буковкам в этой формулке - флаг Вам в руки и барабан на шею!

[sergey zhukov]

amon
Ну, я не хочу сказать, что термодинамика вообще элементарная штука (или что и без нее можно обойтись) и все там очевидно. Температура и энтропия - понятия не простые. Я всего-лишь за то, чтобы простое объяснялось просто.

[epros]

DimaM в сообщении #1637844 писал(а):

Термодинамика началась с конструирования паровых машин, а там работа и тепло четко различаются.

А вообще интересно, что с точки зрения молекулярно-кинетической теории передача тепла есть та же передача механической энергии от молекул одного тела к молекулам другого тела. Т.е. отличия от выполнения механической работы лежат только в наших особенностях восприятия. Отсюда получается, что и вся дальнейшая термодинамика, в том числе, определение энтропии, оказывается зависимой от нашей неспособности воспринимать различия между микросостояниями.

[мат-ламер]

sergey zhukov в сообщении #1637802 писал(а):

Т.е. вообще отказаться от существительных "работа" и "тепло"

epros в сообщении #1637941 писал(а):

с точки зрения молекулярно-кинетической теории передача тепла есть ...

Что есть "тепло"?

[sergey zhukov]

мат-ламер
Пока энергия течет по трубе с надписью "тепло" или "работа", она - тепло или работа. Как только вылилась в бассейн - она "внутренняя энергия".

[druggist]

мат-ламер в сообщении #1637949 писал(а):

Что есть "тепло"?

Все, в конечном счете, превратится в тепло... Слышали про тепловую смерть Вселенной?

[мат-ламер]

sergey zhukov в сообщении #1637952 писал(а):

Пока энергия течет по трубе с надписью "тепло" или "работа", она - тепло или работа. Как только вылилась в бассейн - она "внутренняя энергия".

Спасибо! У нас в курсе физики использовался термин "теплота" . Наверное термины "тепло" и "теплота" синонимы. Поскольку в этом сомневался, то и задал вопрос.

[druggist]

sergey zhukov в сообщении #1637843 писал(а):

А это просто, грубо говоря, бассейн "внутренняя энергия" с двумя трубами, на которых написано "теплота" и "работа".

Вообще говоря, имеем три "бассейна"( в смысле термодинамические функции состояния) - внутренняя энергия, энтропия и объем. И все три - независимые характеристики системы.

[sergey zhukov]

druggist
Точнее говоря, нужно различать термодинамические параметры системы (интенсивные и экстенсивные), в которые входит и объем, и термодинамические потенциалы (термодинамические функции состояния) - некоторые функции от этих термодинамических параметров.

[sergey zhukov]

Вот только что в одной из лекций прочел:
"Мера тепловой энергии, накапливаемой веществом при его образовании, называется теплосодержанием или энтальпией".
Теплосодержание (и тепловая энергия тоже) - какое-то подозрительное понятие. Я понимаю, что имеется ввиду количество тепла, которое необходимо сообщить системе, чтобы она "из небытия" с нулевым объемом и нулевой внутренней энергией перешла в состояние $(U, P, V)$, т.е. ее внутренняя энергия стала бы $U$, и при этом она приобрела бы объем $V$ против внешнего давления $P$ (т.е. совершила работу $PV$). Тем не менее ничего, кроме внутренней энергии, в системе при этом не содержится.

[DimaM]

sergey zhukov в сообщении #1644289 писал(а):

Тем не менее ничего, кроме внутренней энергии, в системе при этом не содержится.

(Оффтоп)

Весьма философское замечание. Звучит многозначительно, а смысла практически не содержит.

Изменение внутренней энергии релевантно в случае постоянного объема, изменение энтальпии - в случае постоянного давления. На практике гораздо проще реализуется случай постоянного давления, потому энтальпия важна.