Racire fara incalzire

mdionis, on 21 septembrie 2016 - 10:45, said:

Ce pot sa zic, la scoala se studiaza fenomenele dintr-o perspectiva idealizata care nu corespunde intotdeauna realitatii. Chiar daca se destinde in vid, gazul respectiv tot va efectua un lucru mecanic, desigur, nu asupra vidului ci asupra lui insusi si asupra recipientului din care se destinde. Daca gazul este inchis intru-un cilindru prevazut cu un piston, la destinderea in vid pistonul va capata o anumita acceleratie, deci se va efectua lucru mecanic. Nu putem pacali sistemul cu un perete despartitor mobil pe care sa il ridicam foarte rapid, pentru ca in lipsa peretelui de care se ciocneau pana atunci, moleculele gazului vor porni intr-o miscare de translatie ordonata (gazul va capata o energie cinetica) care se va realiza pe seama scaderii energiei interne. Miscarea de translatie ordonata care va da energia cinetica a gazului in ansamblu nu intra in calculul energiei interne. Spre exemplu un gaz inchis intr-un recipient nu isi va creste energia interna (sau temperatura) daca este plimbat intr-o miscare de translatie cu o naveta spatiala. In acelasi timp, recipientul din care a iesit gazul respectiv, va incepe sa se deplaseze in sens opus fata de miscarea gazului, conform legii de conservare a impulsului. Asa functioneaza motoarele vehiculelor spatiale, este suficient sa ne amintim de ecuatia lui Mescerski.

mdionis, on 21 septembrie 2016 - 10:45, said:

Gazul respectiv efectueaza lucru mecanic in timp ce se destinde, capatand o miscare macroscopica de translatie, deci o anumita energie cinetica. La fel si recipientul din care pleaca gazul va capata o energie cinetica, obtinuta tot pe seama destinderii gazului respectiv. Sa ne gandim la un simplu pistol cu aer comprimat care va functiona la fel de bine atat in atmosfera cat si in vid, iar destinderea gazului va produce lucru mecanic chiar si in absenta glontului sau a bilei respective.

real32, on 21 septembrie 2016 - 20:05, said:

Ma rog, sa admitem ca "scoala"  la care se studiaza chestiile de acest gen din perspectiva "idealizata" include si cele mai prestigioase universitati din lume asa cum se desprinde si din link-ul precedent, precum si integralitatea lucrarilor de specialitate care discuta destinderea in vid a gazelor:

"Because the expansion is into a vacuum, no work is done by the gas. The expansion also is adiabatic because the container is thermally insulated. Hence, there is no change in the internal energy of the gas." (Gould, Tobochnik - Thermal and Statistical Physics)

"The gas is expanding freely, which means that it does not perform any work to the surroundings (delta L = 0), and it does not exchange any heat with the surrounding (delta Q = 0). From the first law of thermodynamics (delta U = delta Q - delta L), we conclude that the internal energy of the gas remains constant (delta U = 0) during the expansion." (exercitiu asupra gazului van der Waals, in Dalarson, Dalarsson, Golubovic - Introductory Statistical Thermodynamics)

"The first law of thermodynamics applies to all processes, whether they reversible or irreversible; that is, energy is conserved in all possible processes. [...] in its initial state an insulated, rigid container is divided into two compartments by a thin diaphragm. The compartment on the left contains gas at high pressure and room temperatuure. The compartment on the right is evacuated. The diaphragm separating the two compartments ruptures suddenly and gas rushes in to the evacuated side. [...] Q = W + delta U
Since the process is adiabatic (Q = 0) and does no work (W = 0) on its surroundings, delta U = 0 = U_final - U_initial
Now if the gas is ideal, delta U depends only on the temperature change: delta U = nC_V(T_final - T_initial) = 0 and T_final = T_initial.
The process described is called a FREE EXPANSION. We come to the important conclusions that:
delta U_{free expansion} = 0 (for all gases),
delta T_{free expansion} =  (for ideal gases only)" (W. Sussman - Elementary General Thermodynamics, Addison-Wesley 1972)

"During the expansion there is no work exchanged with the surroundings because there is no motion of the boundaries. The enclosure is insulated so there is no heat exchange. The first law tells us therefore that the internal energy is constant (delta U = 0). For an ideal gas, the internal energy is a function of temperature only so that the temperature of the gas before the free expansion and after the expansion has been completed is the same. Characterizing the before and after states:

• Before: State 1, V = V₁, T = T₁
  
• After: State 2, V = V₂, T = T₁

Q = W = 0, so there is no change in the surroundings." (Brewster - Heat and Thermodynamics, Oxford 2009)

"In a “free expansion,” a gas expands without doing anywork at all. Consider a gas in one section of a rigid insulated container, as in Figure 12.5. The other section is completely empty. As the partition is removed and the gas rushes into the empty section, the molecules collide with stationary rigid walls. Because the walls don’t move, the gas does no work on them. The combination of no heat transfer and no work means no change in internal energy. So free expansion operates under the two constraints dN = dE = 0, and we can express the changes in any property in terms of just one independent variable. [...] Free expansion, like throttling, would not cool an ideal gas at all [...]. Another way of seeing this is to refer to our model equation for the internal energy of an ideal gas:
E = Nν/2 kT
Since the internal energy remains unchanged, so must the temperature. By contrast, most real gases do cool under free expansion. As we have seen, the long-range intermolecular attraction makes them slow down as they spread out."
(Stowe - An Introduction to Thermodynamics and Statistical Mechanics, 2nd ed., Cambridge 2007)

si in final sa il mentionam in extenso si pe colegul Planck care la termodinamica se pricepea destul de bine:
"If a gas, initially at rest and at uniform temperature, be allowed to suddenly expand by the opening of a stopcock, which makes communication with a previously exhausted vessel, a number of intricate mechanical and thermal changes will at first take place. The portion of the gas flowing into the vacuum is thrown into violent motion, then heated by impact aganst the sides of the vessel and by compression of the particles crowded behind, while the portion remaining in the first vessel is cooled down by expansion, etc. Assuming the wals of the vessels to be absolutely rigid and non-conducting, and denoting by 2 any particular state after communication between the vessels has been established, then, according to equation (17), the total energy of the gas in state 2 is precisely equal to that in state 1, for neither thermal nor mechanical forces have acted on the gas from without. The reaction of the walls does not perform any work. The energy in state 2 is, in general, composed of many parts, viz. the kinetic and internal energies of the gas particles, each one of which, if taken sufficiently small, may be considered as homogeneous and uniform in temperature and density. If we wait until complete rest and thermal equilibrium have been re-established, and denote this state by 2, then in 2, as in 1, the total energy consists only of the internal energy U, and we have U₂ = U₁. But the variables T and V, on which U depends, have passed from T₁, V₁, to T₂, V₂, where V₂ > V₁. By measuring the temperatures and the volumes, the relation between the temperature and the volume in processes where the internal energy remains constant may be established.
$69. Joule performed such an experiment as described, and found that for perfect gases T₂ = T₁. He put the two communicating vessels, one filled with air at high pressure, the other exhausted, into a common water-bath at the same temperature, and found that, after the air had expanded and equilibrium had been established, the change of temperature of the water-bath was inappreciable. It immediately follows that, if the walls of the vessels were non-conducting, the final temperature of the total mass of the gas would be equal to the initial temperature; for otherwise the change in temperature would have communicated itself to the water-bath in the above experiment. [...]" (Planck - Treatise on Thermodynamics, 3rd ed., Dover 1945)

Quote

Prima inexactitate pe care o comiti se refera la lucrul mecanic "asupra recipientului" care este fix nul intrucat, asa cum arata si diversi autori mentionati mai sus, moleculele de gaz impacteaza pe pereti imobili, cu ciocniri elastice fara modificarea energiei cinetice.
A doua inexactitate se refera la lucrul mecanic al gazului "asupra lui insusi" si Planck o pune foarte clar in evidenta: da, pe parcursul procesului ireversibil de expansiune in vid, o parte din gaz capata o miscare colectiva pe care ne-o putem reprezenta ca rezultata din actiunea celeilalte parti din gaz, insa chiar daca ne referim la dinamica mecanica, fortele ce actioneaza intre diferitele fractiuni ale gazului sunt interne acestuia si nu ii pot modifica energia totala. Iar pe de alta parte, estimarea energetica finala trebuie facuta nu pe parcurs ci la echilibru, cand putem vorbi de un parametru intensiv uniform temperatura si cand centrul de masa al gazului nu se mai misca intrucat un alt perete rigid impiedica prin ciocniri elastice ca moleculele de gaz sa continue scurta lor translatie catre vasul initial vidat. Or la echilibru, singurul lucru care s-a petrecut e ca energia interna (aceeasi) s-a redistribuit pe aceleasi molecule intr-o incinta mai incapatoare, nu mai avem energii translationale colective aparente.

Quote

Daca pistonul nu este de masa si frecare neglijabile, procesul nu mai poarta numele de destindere in vid, deci nu este ceea ce am discutat mai inainte.

Quote

Data fiind natura procesului, partea translationala devine inoperanta inainte de stabilirea echilibrului final fiindca gazul a ocupat intregul volum aflat la dispozitie. In momentul in care avem echilibru, gazul este deja macroscopic in repaus.

Quote

Nu are prea multa legatura cu cazul nostru, in care miscarea de translatie nu exista in starea initiala si in cea finala. In regimul tranzitoriu, da, insa acolo nu are sens sa vorbim de temperatura.

Quote

Recipientul este fix, cu pereti rigizi, de masa infinita. In orice caz, la echilibru termic si mecanic, energia cinetica  a acestuia este riguros zero, din motive de conservare a impulsului.

Quote

In vid, nu e chiar asa. Insa in exemplul mentionat lipsesc peretii despartitor, situatiile nu sunt similare.

mdionis, on 22 septembrie 2016 - 00:13, said:

Planck se complica un pic, probabil se referea la un cadru mai general.

Din pct meu de vedere, in interiorul sticlei poate fi si o nava cu pirati si sirene, lucrul mecanic nu are cum sa fie decat zero daca peretii nu se misca.
Pentru ca ne referim la sistemul termodinamic sticla, cu tot ce are ea inauntru. Ce-i inauntru modeleaza eventual comportamentul acestuia in relatia cu exteriorul, insa indiferent de calcule, exteriorul fiind imobil, lucrul mecanic ramane 0***.
Ce lucru mecanic ar fi primit si stocat nava piratilor intra deja la calculul lui DeltaU.

Daca descompunem acest sistem in o multime de mici elemente finite, da.. avem alta poveste insa... paradigma e deja total alta.



***Mai e o miiiiica chestie interesanta de care abia acum am bagat seama.
Conform teoriei termodinamicii avem U1+ Uvid + Potential presiune = U2. Energia interna inainte si dupa disparitia peretelui.
Conform teoriei cinetico moleculare (particule punctiforme si ciocniri, fara potential de atractie/respingere) am avea U1=U2, adica dispare Energia datorata potentialului poresiunii.
Asta pentru ca nu s-a tinut seama de centrul de masa al sistemului.
Care fuge de la 1/4 la 1/2 din lungime, relativ la coordonatele sticlei.
Evident ca centrul de masa se conserva, deci vom avea un lucru mecanic exterior dat de deplasarea peretilor sticlei pe distanta L/4, care ar trebui sa aiba aceiasi valoare cu energia potentiala stocata de diferenta de presiune pe peretele despartitor.
hahha
Deci uite cum un sistem care nu-si schimba forma poate ceda lucru mecanic exterior. Lucru mecanic de recul.

Edited by maccip, 22 September 2016 - 01:31.

maccip, on 22 septembrie 2016 - 01:29, said:

Planck explica mai pe larg procesul pe care ceilalti il considera mai schematic. Nu e frumos sa spui de un tip precum Marx Karl Ernst Ludwig (username: Max) ca se complica, omul era un specialist nitelus mai bun decat forumistul mediu de pe softpedia.

Quote

Nu. Termodinamica spune Q = 0, L = 0 => U₁ = U₂, in care energia interna a sistemului U desemneaza suma energiilor cinetice microscopice si energiilor potentiale microscopice ale particulelor din sistem, excluzand energia cinetica macroscopica a sistemului in ansamblul sau (e.g. o translatie sau o rotatie macroscopica) precum si energia potentiala a sistemului intr-un camp extern (bunaoara cel gravitational). U_vid este identic nula in termodinamica clasica (nu exista particule, nu avem ce suma) iar "potential presiune" nu stiu ce inseamna (insa nu are ce cauta in ecuatie, oricare ar fi semnificatia lui).

Quote

Teoria cinetico-moleculara este un model statistic microscopic al celui mai banal sistem termodinamic, gazul ideal si nu intra in contradictie cu termodinamica. U₁ = U₂ pentru orice gaz, doar pentru gazul ideal aceasta egalitate se traduce si in T₁ = T₂.

Quote

Depinde de cum impunem caracteristicile sistemului. Sa consideram starea initiala 1 in care gazul se afla in stanga recipientului cu pereti rigizi si pe care, pentru fixarea ideilor, il vom considera cu o masa relativ redusa (macroscopic vorbind) care se poate misca liber si fara frecare.
Ridicand brusc peretele despartitor, se trece la un regim tranzitoriu in care pe peretele din stanga continua sa impacteze moleculele gazului in vreme ce peretele din dreapta nu ajunge initial nicio molecula. Aceasta diferenta de presiune se traduce intr-un transfer de impuls momentan dinspre moleculele gazului care lovesc peretele din stanga catre recipient. In mod corelat, o parte dintre molecule ajung sa aiba o miscare colectiva catre dreapta (evident, intregul proces trece si printr-o complexa redistribuire a vitezelor prin ciocniri intermoleculare). In momentul in care gazul se extinde pana la peretele din dreapta, ciocnirile moleculelor cu acest perete ii comunica recipientului in ultima instanta un impuls contrar, numeric vorbind riguros egal celui precedent (conservarea impulsului intr-un sistem izolat); mecanismul este legat atat de existenta unei componente colective de drift catre dreapta a moleculelor gazului cat si de o mica viteza translationala spre stanga a recipientului.
In momentul in care miscarea mecanica macroscopica a recipientului inceteaza impreuna cu miscarea colectiva a gazului si se stabileste echilibrul termodinamic in intreaga masa de gaz, se ajunge in starea finala 2. Impulsurile gazului si recipientului sunt nule, energia interna nu a variat, lucrul mecanic transferat in exterior este riguros nul.
Exista transfer nenul de lucru mecanic in exterior daca recipientul se poate deplasa cu frecare fata de suprafata pe care este asezat: va exista o forta de frecare si o deplasare mai mare sau mai mica, depinzand de mai multi parametri.

Edited by mdionis, 22 September 2016 - 08:30.

mdionis, on 22 septembrie 2016 - 00:13, said:

Nu ar fi singurul caz in care profesorii mai spun si lucruri trasnite. Gazul respectiv are si el o anumita masa. Daca se destinde brusc in vid de la o presiune ridicata va pleca din recipientul respectiv ca din pusca si evident, conform legii de conservare a impulsului, recipientul se va deplasa in directie inversa.

mdionis, on 22 septembrie 2016 - 00:13, said:

Asta este tot o viziune ca la scoala. Este ceva de genul nu se efectueaza lucru mecanic pentru ca nu vreau eu sa se efectueze. Oricum am incerca sa fixam peretii respectivi, structura recipientului tot va prelua socul provocat de destinderea gazului. Sa ne gandim doar la o lovitura de tun in care reculul este resimtit de intreaga structura indiferent de cat de mult am incerca noi sa o fixam.

mdionis, on 22 septembrie 2016 - 00:13, said:

Pai uite ca se mai poate insela si domnul Planck, lucrurile sunt cat se poate de evidente. Gazul nu ajunge la echilibru de la sine, translatiile colective ordonate si turbulentele nu vor inceta pur si simplu ca in explicatia lui domnului Plank, ci prin interactiuni repetate cu peretii recipientului respectiv, proces prin care ii va ceda o anumita energie. In pofida argumentelor aduse de o multitudine de personalitati, faptul ca orice gaz care se destinde brusc (in vid sau in atmosfera) efectueaza lucru mecanic pare ceva cat se poate de elementar, iar cu cat destinderea este mai puternica cu atat fenomenul devine mai evident.

Daca gazul care se destinde in vid nu ar produce (mult) lucru mecanic, atunci cum au reusit astronautii sa plece de pe Luna? Ce alt exemplu ar putea fi mai limpede...
[ https://www.youtube-nocookie.com/embed/cOdzhQS_MMw?feature=oembed - Pentru incarcare in pagina (embed) Click aici ]

real32, on 22 septembrie 2016 - 08:58, said:

Eu zic ca impresionanta unanimitate de pareri a indivizilor de specialitate care vorbesc despre "free expansion" (nu are rost sa multiplic citatele ad nauseam, cu totii spun acelasi lucru) ar trebui totusi sa te puna pe ganduri, poate ca in definitiv nu ai inteles bine ceva. De exemplu aici ai ingrosat partea "Because the expansion is into a vacuum, no work is done by the gas" si apoi ai comentat ca si cum ar fi putut fi vorba de gazele ejectate dintr-un motor racheta in spatiul cosmic, ceea ce in mod subtil dar evident NU era cazul. De ce? Fiindca nu este scris "into vacuum" la modul generic ci "into a vacuum", ceea ce inseamna ca nu e vorba de vidul cosmic nemarginit ci de o regiune limitata in care a fost facut vid.

Quote

Meseria fizicianului este sa stie ce aproximeaza si ce anume poate fi neglijat. Daca fixam structura, discursul devine echivalent cu ciocnirea cu un perete, i.e. cu un obiect de masa mult mai mare decat cel al corpului care impacteaza, ciocnire care se poate aproxima din toate punctele de vedere cu ciocnirea fara recul. Presupunand totusi ca un recul exista (vezi explicatiile mele de la sfarsitul acestui mesaj), lucrul mecanic poate fi linistit si in continuare nul. Doar daca 1. exista recul si 2. exista frecare intre recipient si mediul inconjurator. putem vorbi de un transfer de lucru mecanic, insa in acest caz ar fi de bun simt sa calculam si cat anume se deplaseaza recipientul ca urmare a reculului inainte de a inmulti cu forta si a afla daca lucrul mecanic are o valoare semnificativa sau nu (si bineinteles, inainte de a ii critica pe fizicieni ca nu stiu sa isi faca meseria sub semnul acuzatiei "nu vreau eu": niciun fizician nu gandeste in acesti termeni ci in ordine de semnificativitate a contributiilor intr-o situatie fizica data).

Quote

Repet ceea ce afirmam mai sus: nu e frumos sa spui despre nenea Planck ca se inseala cu privire la subiectul termodinamica (sigur, oricine poate gresi, insa probabilitatea ca un tip care a turnat niste metri cubi buni de beton la fundatiile termodinamicii sa o dea in bara in a treia editie a unei lucrari de referinta asupra acestui subiect, si impreuna cu el sa greseasca sistematic toti fizicienii in analiza situatiei respective, este extraordinar de redusa). In mod evident, domnul Planck se refera la destinderea gazului intr-un recipient fixat sau (echivalent) de masa mult superioara gazului continut, astfel incat orice transfer de energie macroscopica catre recipient poate fi neglijat in liniste si pace, ciocnirile dintre molecule si pereti sunt fix elastice, peretii nu se deformeaza si nici nu se deplaseaza. Sigur, e o aproximare a situatiei de fapt, insa e o aproximare excelenta.
Planck nu precizeaza in detaliu cum se ajunge la echilibru, spune doar ca trebuie asteptat pana se ajunge la echilibru mecanic si termic. E irelevant ca nu a mentionat in clar ciocnirile reciproce si ciocnirile cu peretii (am facut-o eu in mesajul precedent), insa e relevant si corect ca a vorbit de inexistenta transferului energetic catre pereti, ciocnirile fiind elastice.

Quote

Un profesor din facultate spunea "sa ne ferim de evidente". Dincolo de rationamentele fenomenologic-conceptuale din argumentatia mea si a altora pe care te incapatanezi sa le refuzi, fizica este esentialmente o stiinta experimentala: nu intamplator am extins citatul din Planck la paragraful succesiv in care vorbea de masuratorile lui Joule care confirma egalitatea de temperaturi si energii interne la destinderea in vid (nici macar nu era primul, a reluat in mod mai precis niste determinari mai vechi ale lui Gay-Lussac). Poate pentru dumneata chestiunea este evidenta, problema evidentei e dezacordul cu experienta care o trimite inexorabil inspre /dev/null. Nu poti sa castigi lupta cu un instrument de masura care iti spune ca gresesti.

Quote

Daca vorbim de fenomene fundamental diferite, in mod necesar vom obtine rezultate diferite. Gazele ejectate de racheta nu se destind intr-un spatiu limitat. Destinderea in vid de care vorbim aici se face intr-un recipient solidar (eventual constructiv acelasi) cu cel in care se gaseste gazul initial. Nu stiu de ce vrei sa ma convingi de aplicabilitatea conservarii impulsului la motorul racheta, nu cred ca am dat vreodata semne aici sau in alta parte ca o neg (la un moment dat am facut si ecuatia Tiolkovski ca aplicatie practica cu studentii la un curs de Fizica 1, desi nu era in programa oficiala). Nu imi e clar nici de ce incerci sa ma convingi ca toti fizicienii care masoara sau vorbesc despre destinderea in vid gresesc, inteleg sa faci asa ceva daca dispui de determinari experimentale si argumente inexpugnabile in acest sens, momentan nu mi se pare ca e cazul.

real32, on 22 septembrie 2016 - 08:58, said:

Si la problema cu sticla cam ce ai spune ?
Mai rece, mai calda sau la fel ?
Si daca nu-i la fel, cat e diferenta de temperatura ?

mdionis, on 22 septembrie 2016 - 13:10, said:

Pai chiar acesta este cel mai bun exemplu de destindere in vid a unui gaz, motorul unei rachete cosmice. Se vede cat se poate de clar ca va produce din plin lucru mecanic, nu are rost sa mai incercam tot felul de gaselnite inutile legate de regiuni limitate. Sigur, daca destinderea nu este prea puternica (doar pana la o anumita presiune) si va avea loc intr-un volum limitat se va produce mai putin lucru mecanic, dar daca presiunea initiala a gazului este mare si volumul in care se va destinde gazul este suficient de mare, atunci recipientul in care se efectueaza experimentul respectiv nu se va mai deplasa doar intr-o anumita directie (ca in cazul navei spatiale), ci va vibra din toate incheieturile in timpul acestei destinderi.

mdionis, on 22 septembrie 2016 - 13:10, said:

Un fizician ar trebui sa inteleaga in profunzime fenomenele pe care le studiaza, iar din punctul asta de vedere sa neglijezi tocmai lucrul mecanic efectuat la destinderea unui gaz nu este un lucru prea intelept. Este evident ca sistemul vrea sa efectueze un lucru mecanic si este putin ridicol sa ma opun cu un perete rigid (unde poti sa gasesti un astfel de perete) care sa nu il lase sa efectueze acest lucru mecanic doar pentru a justifica  o utopie teoretica. Altfel spus, gazul nu efectueaza lucru mecanic la destinderea in vid pentru ca nu vreau eu sa-l las (sac! ).  Pai in modul acesta pot sa plusez si eu spunand ca reculul unei lovituri de tun (eh, o mica destindere de gaze) va zgaltai serios orice perete, daca nu il va darama cu totul in cazul in care este ceva mai subred. Evident ca daca presiunea initiala este suficient de mare (1) va exista reculul respectiv si evident ca (2) nu este nevoie sa existe frecare intre recipient si mediul inconjurator pentru a avea loc transferul de energie de la gaz spre recipient. Acest transfer de energie se va realiza atat daca vorbim de o nava spatiala care se misca in spatiul cosmic fara frecare (care isi va modifica energia cinetica), cat si daca avem de-a face cu un recipient intepenit solid in beton, datorita micilor deformatii plastice sau elastice pe care le va suferi sistemul respectiv.

mdionis, on 22 septembrie 2016 - 13:10, said:

Chiar daca masa recipientului este mult mai mare decat masa gazului, transferul de energie (de la gaz la recipient) tot nu poate fi neglijat, pentru ca evaluarea se va face fata de energia interna a gazului, cu alte cuvinte nu conteaza daca recipientul simte sau nu faptul ca i-a fost transferata energia respectiva. In plus, nu contest faptul ca respectivele ciocniri cu peretele sunt elastice, ci doar mentionez un element esential care pare sa fi fost uitat, pe o anumita directie nu exista decat un perete (pentru ca peretele mobil a fost indepartat) de care se ciocnesc moleculele gazului respectiv, deci va exista o anumita forta rezultanta care actiona asupra recipientului, iar aceasta forta va efectua cumva un anumit lucru mecanic daca nu va fi oprita din considerente pur teoretice.

In concluzie, mi se pare mai mult decat evident ca elementul esential pentru un gaz care se destinde este efectuarea de lucru mecanic si va face acest lucru mecanic chiar daca destinderea are loc in atmosfera sau in vid, intr-un spatiu deschis sau intr-un volum limitat.

theMisuser, on 22 septembrie 2016 - 13:10, said:

Chiar nu imi dau seama, nu este o transformare simpla.

Asta ce zici tu cu gazul care misca peretii incintei seamana cu caderea libera si frecarea cu aerul.
Teoretic au considerat ca daca nu ar fi aer deloc o pana pica la fel de repede ca un ciocan si au verificat pe Luna.
La fel si aici, teoretic se considera ca particulele gazului nu transfera energie peretilor.
Este o abstractizare, nu merita atata efort de dovedire a inexistentei lui 0.

Mie mi se pare interesant pentru ca desi gazul isi pastreaza energia interna (temperatura) se zice ca procesul este ireversibil.
Ma intreb daca a incercat cineva compresia gazului fara efectuare de lucru asupra gazului (adica procesul invers expansiunii in vid). Cu o densitate de molecule mica (gaz rarefiat), miscand local peretii incintei cand nu e nici o molecula acolo
Adica termodinamica are asa, un aer de secol 18 Cred ca daca ar fi reinventata/reformulata acum ar arata mai bine si n-ar mai da nastere la controverse aiurea.

Cat despre experimentul cu sticla, daca tot esti dezamagit de eforturile lu' Planck, ma gandeam ca pt. tine ar fi o problema de cateva secunde...

@real32
In problema din topic nu are nicio treaba chestia cu racheta. La racheta se efectueaza lucru mecanic, evident.
Dar aici vorbeam de un recipient inchis in care se desfasoara tot procesul, nu avem niciun lucru mecanic.
Ar putea fi lucrul ala mecanic de recul, insa ala tine de conformatia sistemului, nu de procesele termodinamice.

mdionis, on 22 septembrie 2016 - 08:01, said:

Da, stiu, e colegul tau.
hahaha
Lasa-l ca nu s-ar fi suparat el pe eticheta unui forum de secol 21. Boltzman poate. Am inteles ca era ciufut rau de tot.

real32, on 22 septembrie 2016 - 17:24, said:

Lucrul despre care vorbeam aici, inca de cand am inceput discutia, nu este motorul racheta ci destinderea intr-un spatiu limitat lipsit de gaz: "Consideram un sistem format dintr-o incinta vidata (volum V₀) separata cu un perete mobil de o alta incinta umpluta cu gaz ideal (p₁, V₁, T₁).[...]". Nu vad rostul insistentei dumitale de a vorbi despre motorul racheta care este o problema distincta.

Quote

"gaselnita inutila"?! Mi se pare o expresie extrem de nefericita in contextul de fata (si sunt foarte politicos).
Problema este in mod clar distincta deoarece sistemul "racheta+gaz ramas inauntru" este deschis (pierde gazul ejectat) in vreme ce sistemul "incinta cu perete despartitor continand gaz intr-unul sau in ambele compartimente" este un sistem inchis.

Quote

...
Da.
Daca nu ti-e cu suparare, poti cumva cuantifica cantitativ povestea asta draguta cu vibratul "din toate incheieturile"?

Quote

Intamplator:
1. sunt fizician
2. inteleg de obicei fenomenele pe care le studiez
3. nu am neglijat nimic relevant

Acum, read my lips: un gaz care se destinde in vid nu efectueaza lucru mecanic.
Iata de ce.
Un cetatean nervos care impinge de mama focului un zid imobil nu efectueaza lucru mecanic.
Un cetatean nervos care se napusteste urland cu bratele intinse inainte sa impinga tot ce ii sta in cale insa nu intalneste nimic in cale, nu efectueaza lucru mecanic.
Un cetatean care impinge un obiect care opune o rezistenta inertiala sau de alta natura si care se deplaseaza in mod semnificativ, efectueaza un lucru mecanic.

In cazul motorului racheta, gazul care iese afara pe duzele ejectoare si se pierde in spatiu, nu efectueaza lucru mecanic.
Totusi racheta se deplaseaza accelerata de o forta care produce lucrul ei mecanic. Cine da aceasta forta? Raspuns: presiunea gazului din camera de ejectare, presiune provenita din agitatia haotica de mare viteza (temperatura inalta) a moleculelor de gaz din acea camera. Aceasta presiune se aplica pe toti peretii incintei, mai putin pe orificiile de efuziune: acolo curentul de molecule nu impinge niciun perete ci iese afara pur si simplu, cu mare viteza, purtand cu sine impuls. Exista deci un surplus de forta pe suprafata anterioara, neechilibrat de forta creata pe suprafata posterioara de arie inferioara, surplus care este responsabil de impulsul transmis corpului rachetei.

In cazul discutat aici si care nu este motorul-racheta, surplusul de forta pe suprafata interioara din stanga subzista un timp foarte limitat, pana cand moleculele de gaz ce navalesc in jumatatea vidata din dreapta ajung la peretele interior din dreapta in numar suficient de mare (iar aceasta se petrece intr-un timp foarte scurt).
Mai mult: sistemul fiind inchis, impulsul se conserva (gaz + incinta) atat daca incinta este fixata cat si daca se poate deplasa liber pe un suport.
Neconservarea impulsului/energiei se verifica doar daca incinta se poate deplasa cu frecare sau cu deformarea plastica a vreunui suport.

Daca incinta este fixata (asa cum am presupus la inceput), lucrul mecanic asupra ei este nul prin definitie.
Daca incinta se poate deplasa liber, surplusul de forta efectueaza un lucru mecanic asupra acesteia un timp foarte limitat pe o distanta infima. Acest lucru mecanic se transforma in cele din urma prin tot felul de redistribuiri in caldura interna si se regaseste in energia termica a componentelor sistemului (incinta+gaz). Dat fiind ca sistemul este izolat, energia lui totala nu va varia si deci energia interna a componentelor sale la echilibru termic si mecanic va fi aceeasi cu cea initiala. In alte cuvinte, orice redistribuire a energiei in interiorul sistemului nu conteaza la bilantul energiei interne. Toate turbulentele si vascozitatile de pe parcurs se vor regasi sub forma degradata de energie termica (i.e. de agitatie haotica sau alte grade rotationale/vibrationale).

Quote

Evident este pentru mine ca sistemul nu vrea nimic. Moleculele gazului se agita termic maxwellian si ciocnesc intre ele sau cu niste pereti mai mult sau mai putin indepartati, asta e tot ce se intampla, fara alte teleologii. Daca sistemul este cel discutat mai sus, rezultatul este ca gazul nu va efectua niciu lucru mecanic. Daca sistemul este gazul dintr-un cilindru cu piston al unei masini termice sau cel dintr-un motor de racheta, rezultatul miscarilor termice este un lucru mecanic efectuat asupra cuiva.
Nu stiu despre ce utopii teoretice vorbesti dumneata. Experimentul Joule se refera la asa ceva, nu la "utopii teoretice":

 joule.jpg   35.26K   0 downloads

Quote

Be my guest: considera un caz practic de acest gen si calculeaza/estimeaza te rog cat ar fi transferul respectiv de energie ca functie de masa incintei.
Ar fi o buna problema de examen (intre altele).

Quote

Privind cu atentie la ceea ce am scris, eu cred ca nu a fost catusi de putin uitat.

Quote

In concluzie, sa ne ferim in continuare de evidente si sa nu incercam sa inovam rescriind aici termodinamica dupa cum ni se pare "evident".

theMisuser, on 22 septembrie 2016 - 17:59, said:

Nu este nicio abstractizare, daca gazele care se destind in vid nu ar fi efectuat un lucru mecanic asupra modulului de ascensiune astronautii nu ar fi avut cum sa mai plece de pe Luna. Este un lucru cat se poate de banal.

maccip, on 22 septembrie 2016 - 19:01, said:

Eu zic ca este exact acelasi lucru si anume destinderea gazelor in vid, doar ca in exemplul respectiv destinderea are loc o singura data, pentru o cantitate mica de gaz, in timp ce in cazul rachetei procesul se repeda de mii si mii de ori, pentru multe tone de gaz, devenind astfel mult mai usor de observat. In rest si functionarea motorului rachetei se bazeaza tot pe acel lucru mecanic de recul. Apoi faptul ca se produce un anumit lucru mecanic, gazul capatand o energie cinetica datorita miscarii macroscopice ordonate este mai mult decat evident, asa ca nu mai reiau discutia.

Nu are vreo importanta faptul ca experimentul se produce intr-un recipient inchis, Putem foarte bine sa montam racheta respectiva intr-un hangar inchis etans, sa o ancoram zdravan ca sa nu poata zbura de acolo si vom vedea ca motorul ei va produce lucru mecanic chiar si intr-un recipient inchis punand in miscare mase enorme de gaz. Lucrul mecanic se va produce indiferent daca destinderea gazelor are loc in vid sau la presiunea atmosferica normala.

mdionis, on 22 septembrie 2016 - 20:30, said:

Din punctul meu de vedere spui o multime de prostioare. Gazul acela era initial in repaus, iar in timpul destinderii a capatat o anumita energie cinetica. evident ca efect al unui lucru mecanic. Nu trebuie sa ma preocup prea mult de faptul ca gazul nu are in ce sa impinga, pentru ca oricum va impinge in recipientul din care pleaca.

Apoi zidurile nu sunt chiar atat de rigide si imobile ca in teorie, exista chiar prescriptii riguroase pentru conditiile de plasticitate pe care trebuie sa le indeplineasca materialele de constructie pentru putea prelua socurile seismice. Cetateanul nervos ar putea sa aiba un berbec sau un baros si poate deteriora serios zidul respectiv prin lovituri succesive. Practic la fiecare lovitura efectueaza un mic lucru mecanic, iar la final se poate observa valabilitatea principiului actiunii si reactiunii.
[ https://www.youtube-nocookie.com/embed/SCCLtiRdwts?feature=oembed - Pentru incarcare in pagina (embed) Click aici ]

Cat despre cetateanul care se napusteste cu bratele intinse, dar nu gaseste nimic de impins am impresia ca a efectuat totusi un lucru mecanic daca intial statea relaxat intr-un fotoliu (in repaus), iar acum alearga zglobiu avand o anumita energie cinetica.

Cam asta este opinia mea si lucrurile mi se par cat se poate de simple. Nu cred ca mai are rost sa ne enervam discutand in contradictoriu pe marginea unui subiect atat de banal, poate gasim ceva mai interesant de dezbatut.

@Real32, eu vad lucrurile mult mai simplu.
Am si zis... Poa sa fie si corabia piratilor in vasul ala. Lucrul mecanic e 0. Pentru ca e intern sistemului considerat (adica pe care-l banuim de .. lucru mecanic)

Ce lucru mecanic efectueaza o masina oprita la semafor?
0, fara discutie***(vezi totusi discutia de mai jos)
Ce lucru mecanic efectueaza motorul acelei masini?
L diferit de 0. Ca invarte pe-acolo niste treburi exterioare sistemului considerat (motorul). Adica niste piese pe la ambreiaj, curele, aer conditionat si ce-o mai fi pe-acolo.

La fel calul care paste iarba linistit efectueaza 0 lucru mecanic(asupra carutei).
Desi mestecatul ierbii in gura e tot lucru mecanic.

Eu zic sa te uiti la ce s-a discutat mai sus. Nu se vorbeste despre propulsie prin ejectare sau mai stiu eu ce.
Eu cred ca avem sistemul bine delimitat si nu incape loc de indoiala. Nu-ti inteleg perseverenta.

*** Neglijand lucru mecanic facut de gazele ejectate de esapament, vibratia manelelor produsa de subwooferul din porbagaj, pachetul gol de tigari aruncat pe geam. Adica e lucru mecanic si ala, in anumite aplicatii nu poate fi negjijat. E ceva ce sistemul(masina) face exteriorului. Pe astea le neglijam ca sunt mici ca efect.

Edited by maccip, 23 September 2016 - 00:31.

real32, on 22 septembrie 2016 - 23:47, said:

Punctul dumitale de vedere fiind al unui specialist in... ?

Accept critica unui coleg in caz ca aduce argumente serioase si pertinente. Nu accept critica unui nespecialist, facuta cu un ton de superioritate si bazata pe argumente fara legatura cu problema. Dumneata ai lucrat cu fizicieni dar nu esti unul dintre ei. Cu toate acestea eu nu mi-am permis sa categorisesc afirmatiile dumitale drept prostii, cu sau fara diminutiv.

Quote

Evident, nu. Suma energiilor cinetice ale moleculelor de gaz ramane aceeasi ca mai inainte, atata doar ca datorita ciocnirilor preferentiale cu peretele din stanga de dupa ridicarea peretelui despartitor, vitezele lor nu mai sunt orientate strict haotic ci capata temporar o componenta de drift colectiva catre dreapta. Gazului nu i se poate aplica modelul punctului material actionat de o forta, mai curand poate fi tratat ca un sistem de puncte materiale care interactioneaza intre ele si cu peretii prin ciocniri elastice. Ciocnirile intermoleculare redistribuie energia intre componentele microscopice ale sistemului. Ciocnirile cu peretii incintei nu modifica energiile moleculelor deci lucrul mecanic efectuat (egal cu variatia energiei) este nul.

Quote

Atata vreme cat recipientul este fix, lucrul mecanic produs in ciocnirile cu peretii sai este nul. Iti readuc aminte si la nivel macroscopic ca L = F*d, iar daca deplasarea punctului de aplicatie a fortei este zero, poti sa deduci cu rigoare matematica deplina ca lucrul mecanic este zero.

Quote

Argumentatie de persoana care continua sa nu stie ce poate fi lasat deoparte in problema noastra, care nu e una despre constructia imobilelor. Diferenta de pozitie intre peretii unei incinte vidate fata de situatia in care se umple cu gaz la presiunea atmosferica este neglijabila fata de dimensiunile ei liniare. Poti sa pui mana si sa estimezi concret cam cat se deformeaza o astfel de incinta de metal.

Quote

Nu cred ca e cazul sa discut raspunsuri zeflemitoare. Am precizat niste conditii clare; daca vrei sa ignori esenta si sa faci glumite de acest gen, mai bine lipsa.

Quote

... intr-un trecut istoric la care nu am facut referire in mesaj.

Quote

Subiectul este banal insa dumneata perseverezi in lupta atat cu experimentele cat si cu abordarea fizicienilor si concluziile lor. Iata un ultim extras din Termodinamica lui Fermi, un tip care era urias atat ca teoretician cat si ca experimentator, relativ la experimentul lui Joule: "We now apply the first law to the above transformation. Since Q = 0, se have [...] for the system composed of the two chambers and the enclosed gas: delta U + L = 0, where L is the work performed by the system and delta U is the variation in energy of the system. Since the volumes of the two chambers A and B composing our system do not change during the experiment, our system can perform non external work, that is L = 0. Therefore, delta U = 0; the energy of the system, and, hence, the energy of the gas, do not change."

Ca a ramas oarecum neclar aspectul gravitational al sticlei vidate deschise in atmosfera.
Problema difera de expansiunea in vid prin aceea ca intr-o incinta de dimensiune mica presiunea e data/mentinuta de pereti in timp ce in atmosfera presiunea e data de acceleratia gravitationala (greutatea coloanei de aer pana in spatiu).
Din acest motiv putem zice ca atmosfera efectueaza lucru mecanic la umplerea sticlei vidate (coboara un pic) iar la expansiunea cu pereti ficsi nu se efectueaza acest lucru mecanic.

Deci la sticla am putea rupe problema in 2. O expansiune in vid (fara lucru mecanic efectuat) urmata de o compresie pana la presiunea atmosferica.
La expansiunea "simpla" in vid intre 2 recipiente avem doar expansiunea (presiunea scade) dar la sticla in atmosfera avem presiunea constanta.

Mai meditez...

edit - adica se va incalzi aerul din sticla

Edited by theMisuser, 24 September 2016 - 10:55.

maccip, on 23 septembrie 2016 - 00:20, said:

Sistemul in integul lui nu are cum sa efectueze lucru mecanic, pentru ca prin definitie recipientul respectiv a fost presupus rigid si fix. Asta nu inseamna ca la destinderea intr-un spatiu vidat, un gaz nu produce lucru mecanic. Intotdeuna, la destinderea brusca a unui gaz (in vid sau in atmosfera, nu are importanta) se produce un lucru mecanic. Ar trebui sa fie evident pentru oricine ca gazele care se destind puternic, iesind prin ajutajul motorului unei rachete spatiale (in vid) sau de pe teava unei pusti (in atmosfera) au o anumita energie cinetica, pe care au capatat-o tocmai pentru ca asupra lor s-a efectuat un lucru mecanic. Si in experimentul mentionat se produce initial un lucru mecanic, doar ca acest lucru mecanic nu gaseste alta posibilitate de exprimare (recipientul fiind considerat fix si rigid) si va provoca cresterea energiei interne a gazului pana aproape de valoarea initiala (de la care a scazut in momentul in care a aparut miscarea ordonata a gazului).

maccip, on 23 septembrie 2016 - 00:20, said:

Exemplul este foarte bun, doar ca fenomenele trebuiesc privite cu atentie. Afirmatia nu se referea la sistemul respectiv in ansamblu (la automobil), ci la gazul care se destinde intr-un spatiu vidat, adica la motor.

"Because the expansion is into a vacuum, no work is done by the gas. The expansion also is adiabatic because the container is thermally insulated. Hence, there is no change in the internal energy of the gas."

Motorul (sau gazul) poate efectua lucru mecanic si daca este decuplat de la cutia de viteze, in timp ce automobilul in ansamblul lui va ramane oprit la semafor. Ce lucru mecanic ar putea sa efectueze sistemul respectiv daca l-am considerat de la inceput un sistem izolat (fix, rigid, izolat termic).

Altfel se pot imagina o multime de experimente simple care sa arate in mod evident ca gazele care se destind in vid efectueaza un lucru mecanic. Sa presupunem ca introducem intr-o incinta vidata doua recipiente care contin gaze aflate la presiune ridicata si le fixam pe un suport care se poate roti cu usurinta in plan orizontal. Daca vom inlatura brusc dopurile celor doua recipiente, lasand gazul sa se scurga in sensuri opuse vom observa ca scranciobul respectiv va incepe sa se roteasca deoarece asupra lui s-a efectuat un lucru mecanic. Mai mult putem introduce in interior o morisca cu aripioare usoare care plasata intr-o pozitie adecvata va incepe si ea sa se invarta datorita turbulentelor care apar la destinderea gazelor. Mai simplu de atat nu cred ca se poate explica...

La racheta destinderea se face in exteriorul sistemului considerat. Deci destinderea in vid (sistemul nostru) efectueaza lucru mecanic.
In problema noastra, destiderea se face in interiorul sistemului considerat. Deci destinderea in vid(sistemul nostru) nu efectueaza lucru mecanic.

Edited by maccip, 24 September 2016 - 11:50.

Destinderea este una singura si atat timp cat se destinde gazul (nu sistemul) efectueaza lucru mecanic. Aceasta este proprietatea esentiala a destinderii unui gaz, faptul ca produce lucru mecanic. Diferenta este ca in cazul destinderii intr-un volum (foarte) limitat dintr-un sistem izolat, acest lucru mecanic va ramane in interiorul sistemul si nu poate decat sa conduca la cresterea energiei interne a gazului la o valoare apropiata de cea initiala. Mai mult, chiar si in cazul sistemului izolat, cele doua compartimente (cel care contine gazul si cel vidat) nu ar trebui sa fie egale. In momentul in care compartimentul vidat este mult mai mare decat cel in care se afla gazul se va observa mai usor lucrul mecanc efectuat de gaz. Aceasta pentru ca gazul respectiv nu are de unde sa stie daca sistemul este inchis sau deschis pana cand primele mase de gaz nu ajung la noul perete exterior (cand de fapt se sfarseste destinderea si incepe revenirea la echilibru). Noul perete va opri miscarea ordonata (de drift) a moleculelor ce se deplaseaza majoritar spre dreapta, urmand ca mai apoi datorita ciocnirilor distributia vitezelor moleculelor sa redevina uniforma pe fiecare directie prin disparitia energiei cinetice pe care o capata gazul in ansamblul in timpul destinderii. Este evident ca atat timp cat gazul se destinde in vid, el (gazul, nu sistemul, care oricum a fost postulat izolat) va efectua un lucru mecanic.