Frage:
Warum haben Chemie und Physik in der Thermodynamik unterschiedliche Vorzeichenkonventionen?
A---B
2017-01-11 23:49:13 UTC
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Im Physikunterricht schreiben wir das erste Hauptsatz der Thermodynamik als $ \ mathrm dU = \ mathrm dQ - \ mathrm dW $ und im physikalischen Chemieunterricht schreiben wir dasselbe Gesetz wie $ \ mathrm dU = \ mathrm dQ + \ mathrm dW $.

Der Grund für die Vorzeichenkonvention ist in beiden Fällen unterschiedlich.

In der Physik nehmen wir die vom System geleistete Arbeit als positiv und die im am System geleistete chemische Arbeit .

Mir ist klar, dass dies keine Änderung des tatsächlichen Naturgesetzes bewirkt, aber ich möchte nur wissen, warum wir unterschiedliche Zeichenkonventionen haben. Würde nicht nur eine Konvention das Leben leichter machen?

Gibt es einen historischen Grund? Oder soll das zwischen Fächern unterscheiden?

Die standardisierte Definition gemäß ISO 80000-5 _Thermodynamik_ der inneren Energie $ U $ für ein geschlossenes thermodynamisches System lautet $ \ Delta U = Q + W $, wobei $ Q $ die auf das System übertragene Wärmemenge und $ W $ die Arbeit ist auf dem System durchgeführt, vorausgesetzt, es treten keine chemischen Reaktionen auf.
Persönlich würde ich die Version mit dem "-" als * Engineering * -Konvention beschreiben. Wenn Sie Motoren bauen (wie auch die Leute, die die Thermodynamik erfunden haben), ist es Ihnen wichtig, Wärme einzubringen und zu trainieren, und Sie definieren beide Größen als positiv. In der reinen Physik-Thermodynamik wird häufig (meistens?) Die "+" - Version verwendet.
Selbst im Ingenieurwesen gibt es zwei Konventionen ... Maschinenbauingenieure denken, dass die Arbeit, die das System verlässt, positive Arbeit ist, Chemieingenieure denken, dass die Arbeit am System positiv ist ... Andere Ingenieure fälschen sie einfach.
Sechs antworten:
bpedit
2017-01-12 00:56:08 UTC
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Dies ist keine einfache Unterscheidung zwischen Physik und Chemie. Ich habe 25 Jahre lang Physik unterrichtet und viele Beispiele für beide Verwendungszwecke in mehreren Lehrbüchern gesehen. Tatsächlich tauschte das AP-Physik-Komitee irgendwann in meiner Amtszeit die Konventionen auf dem Gleichungsblatt für die AP-Prüfung aus.

Nur meine Meinung hier: Ich habe immer die von den Arbeitern geleistete Arbeit zugeschrieben -system camp als anfälliger für Engineering-Typen, die wissen wollen, "was das System für uns tun kann" in praktischen Anwendungen. Andererseits scheint die Arbeit am System die Ansicht eines Experimentators oder Theoretikers zu fördern, der von außen an einem System arbeitet.

"Fragen Sie nicht, was Ihr System für Sie tun kann ..." :-P Auch für das, was es wert ist, macht für mich nur die zweite Version Sinn. In der ersten Version betrachten Sie positive Wärme als etwas, das von der * Umgebung * geliefert wird, und positive Arbeit als etwas, das vom * System * geliefert wird. Das ist offensichtlich inkonsistent, und wenn Sie die Inkonsistenz korrigieren, erhalten Sie die zweite Gleichung. Nur meine (richtige) Meinung ...;)
@Mehrdad vereinbart. Das ist das gleiche Argument, das ich meinen Schülern gegeben habe.
Wie ich oben sagte, sind nur Maschinenbauer gierig und kümmern sich darum, was das System für sie tun kann: D.
Avishai Barnoy
2017-01-11 23:57:52 UTC
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Es gibt keinen Unterschied und die Gleichung liefert die gleiche Antwort. Der Unterschied besteht darin, den Bezugspunkt für die geleistete Arbeit zu bestimmen.

Wenn wir $ W = \ pm P \ Delta {V} $ haben, müssen Sie nur entscheiden, von wo aus Sie suchen. Bin ich das System und arbeite ich an mir oder bin ich draußen und arbeite am System? Sobald Sie Ihren Bezugspunkt ausgewählt haben, sollten Sie sich daran halten und alle Ihre Berechnungen danach durchführen. Ich denke, wie in den meisten Fällen ist es historisch.

Ein weiteres Beispiel ist die andere Notation. Chemiker verwenden $ A $, um die freie Helmholtz-Energie zu symbolisieren, während es in der Physik $ T $ ist.

Es scheint, als wäre die Verwendung von T für Helmholtz-Energie ein Albtraum. T ist bereits ein überladenes Symbol, selbst wenn man sich nur an die Notation der Chemiker hält (Temperatur, kinetische Energie, bestimmte Tensoroperatoren).
Ich habe noch nie gesehen, dass "T" für Helmholtz-Energie verwendet wird.Ich denke du meinst "F".
Gaurav Arya
2018-05-15 11:45:17 UTC
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Physiker sind daran interessiert, die Arbeit des Systems zu erledigen. In der Physik suchen wir immer nach dem, was uns das System gibt (Umgebung). In der Physik untersuchen wir also die Arbeit des Systems.

Während Chemiker daran interessiert sind, welche Arbeit die Umgebung am System geleistet hat, um die Reaktion abzuschließen. In der Chemie untersuchen wir also die Arbeit am System.

David McClure
2017-01-13 08:25:52 UTC
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Die Chemie hat Anfang der 90er Jahre auf die IUPAC-Konvention umgestellt, die das erste Gesetz als Summe von $ Q $ und $ W $ diktiert und wiederum erfordert, dass $ W $ als negatives Integral von $ P definiert wird (V) \ mathrm {d} V $. Siehe die Empfehlungen der Internationalen Union für reine und angewandte Chemie.

Wie bereits erwähnt, verwenden Physiker $ Q-W $, definieren aber $ W $ als positives Integral. Gleiche Endergebnisse.

Vielleicht wäre es großartig, wenn Sie auch verlinken würden, welcher Abschnitt dieses 250-seitigen Dokuments gelesen werden sollte?
Venkatesh Hari
2019-04-07 23:56:56 UTC
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Das liegt daran, dass ... In der Physik sorgen wir uns um die Umgebung und in der Chemie sorgen wir uns um das System.

Deshalb ist in der Physik die Arbeit des Systems positiv, weil sich etwas ändert in Energie (aufgrund der geleisteten Arbeit) der Umgebung ist positiv! (Energie wird vom System an die Umgebung abgegeben.)

Während in der Chemie die vom System geleistete Arbeit negativ ist, weil das System etwas Energie für die Arbeit verliert!

Das war's !

saurav
2019-02-19 19:05:28 UTC
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Nehmen Sie es einfach; Es ist nichts anderes als eine Referenz in verschiedenen Bereichen für verschiedene Zwecke, die die Formeln ändert. Wenn das System an der Umgebung arbeitet, verringert sich U , wenn W positiv aufgenommen wird - und umgekehrt.



Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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