Skip to main content

I.9. Lucrul mecanic

📚

Schimbul de energie dintre un sistem termodinamic închis și mediul exterior poate avea loc în două moduri:

  • Prin efectuare de lucru mecanic
  • Prin transfer de căldură.

Măsura energiei transferate sistemului în condițiile interacțiunilor care au drept rezultat variația parametrilor de poziție sub acțiunea unor forțe se numește lucru mecanic.

📚

Lucrul mecanic (L) al unei forțe constante este o mărime fizică scalară egală cu produsul dintre modulul forței (F) și deplasarea (d) a punctului de aplicație.

L = F ∙ d

Să calculăm lucrul mecanic al unei forțe exterioare constante ce acționează asupra pistonului unui cilindru în care se află un gaz (transformare cvasistatică). Deoarece presiunea exterioară (pe) este tot timpul egală cu presiunea gazului (p) din cilindru (se apasă încet asupra pistonului), gazul este comprimat de la volumul inițial (V1) la volumul final (V2) la presiune constantă.

L = Fe ∙ d = Fe ∙ (x1 - x2)

Dar din formula presiunii:



Le = pe ∙ S ∙ (x1- x2)

S = aria secțiunii transversale a cilindrului

Avem V2 = S ∙ x2 și V1 = S ∙ x1

ΔV = V2 - V1

Lucrul mecanic efectuat de forța exterioară Fe este :

Le = pe ∙ S ∙ (x1 - x2) = - pe ∙ ΔV



Dar forța (F) datorată presiunii gazului din interior este egală în modul, dar de sens opus cu forța exterioară (Fe).

📚

Lucrul mecanic efectuat de sistemul termodinamic într-o transformare izobară este:

L = p ∙ ΔV

Convenții de semne pentru lucrul mecanic efectuat de sistemul termodinamic:

a) Dacă gazul se destinde (îi crește volumul), ΔV > 0, atunci L > 0 și sistemul efectuează lucru mecanic asupra mediului exterior (cedează L).

b) Dacă gazul se comprimă (îi scade volumul), ΔV < 0, atunci L < 0 și asupra sistemului se efectuează lucru mecanic (primește L).

c) Dacă între sistem și exterior nu are loc transfer de energie prin lucru mecanic (L = 0), atunci gazul nu își modifică volumul (ΔV=0).

🔦 Observație

  1. Lucrul mecanic este o mărime de proces și depinde de toate stările prin care trece sistemul.

  2. Lucrul mecanic este o măsură a variației energiei sistemului prin mișcarea ordonată a moleculelor într-un proces.

📚