Calculadora del trabajo de expansión de un gas

Esta calculadora del trabajo de expansión de un gas encuentra el trabajo mecánico para una expansión o compresión irreversible contra una presión externa constante. Usted proporciona la presión externa opuesta y el cambio de volumen delta V igual al volumen final menos el volumen inicial; el motor aplica la convención química en forma cerrada W igual a menos P externa por delta V. Un delta V positivo significa expansión y da trabajo negativo sobre el sistema; un delta V negativo significa compresión y da trabajo positivo sobre el sistema; un cambio de volumen de cero da trabajo cero. Una presión externa de cero modela la expansión libre hacia el vacío y siempre devuelve trabajo cero. La presión externa negativa se rechaza en lugar de inventar un resultado no físico. El motor usa únicamente aritmética finita, sin llamadas de red, sin muestreo y sin atajos que dependan de la fecha.

Qué significa el trabajo de expansión irreversible y qué contiene la respuesta

En la termodinámica química introductoria, muchos problemas de libro de texto piden el trabajo cuando un gas se expande o se comprime contra un pistón mantenido a una presión externa fija, en lugar de a lo largo de una trayectoria reversible.

Ese proceso es irreversible en el sentido termodinámico porque la presión del sistema no siempre es igual a la presión opuesta, pero la integral de trabajo mecánico se reduce igualmente a un producto simple: la presión externa constante por el cambio de volumen, con un signo que depende de si se cuenta el trabajo hecho por el sistema o sobre el sistema. Esta calculadora usa la convención química de que el trabajo hecho sobre el sistema es positivo, de modo que W igual a menos P externa por delta V.

La expansión aumenta el volumen, así que delta V es positivo y W es negativo; el sistema hace trabajo sobre el entorno. La compresión disminuye el volumen, así que delta V es negativo y W es positivo; el entorno hace trabajo sobre el sistema. Las unidades de trabajo son el producto de las unidades de presión y volumen que usted elija: litro-atmósferas, julios, o cualquier otro par consistente.

No hay conversión automática entre atmósferas y pascales, ni trayectoria reversible logarítmica, ni supuesto de gas ideal más allá de la fórmula mecánica en sí.

Dónde encaja el trabajo a presión constante en el estudio, el trabajo de laboratorio y el software

Los estudiantes encuentran el trabajo de expansión irreversible cuando un libro de texto pasa de la primera ley a problemas de pistón, cuando un conjunto de tareas da una presión externa fija en atmósferas y un cambio de volumen en litros y espera el trabajo en litro-atmósferas, o cuando un problema de concurso pregunta si el trabajo de expansión es positivo o negativo bajo una convención de signos indicada.

Los docentes pueden generar de antemano claves de respuestas para valores modestos de presión y volumen sin depender de aplicaciones de calculadora opacas que cambian en silencio entre convenciones de trabajo-por y trabajo-sobre, o pierden el signo negativo. Los instructores de laboratorio usan la misma forma cerrada cuando un protocolo registra el desplazamiento de un pistón bajo una carga externa conocida, y los estudiantes deben reportar el trabajo mecánico antes de comparar el calor y delta U.

Los desarrolladores llaman al mismo contrato desde scripts para sembrar vectores de prueba deterministas para tutores de termodinámica, para normalizar deltas de presión y volumen introducidos por el usuario antes de una exportación a cuaderno, o para satisfacer enunciados de retos de programación que exigen W igual a menos P delta V en lugar de una trayectoria reversible logarítmica.