Question:
Pourquoi la chimie et la physique ont-elles des conventions de signe différentes en thermodynamique?
A---B
2017-01-11 23:49:13 UTC
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En classe de physique, on écrit la première loi de la thermodynamique comme $ \ mathrm dU = \ mathrm dQ - \ mathrm dW $ et dans la classe de chimie physique, on écrit la même loi que $ \ mathrm dU = \ mathrm dQ + \ mathrm dW $.

La raison étant la convention de signe est différente dans les deux cas.

En physique, nous considérons le travail effectué par le système comme positif et en chimie le travail effectué sur le système.

Je me rends compte que cela n'entraîne aucun changement dans la loi réelle de la nature mais je veux juste savoir pourquoi nous avons des conventions de signe différentes. Une seule convention ne faciliterait-elle pas la vie?

Y a-t-il une raison historique? Ou est-ce pour différencier les sujets?

La définition normalisée selon ISO 80000-5 _Thermodynamique_ de l'énergie interne $ U $ pour un système thermodynamique fermé est $ \ Delta U = Q + W $, où $ Q $ est la quantité de chaleur transférée au système et $ W $ est le travail fait sur le système à condition qu'aucune réaction chimique ne se produise
Personnellement, je décrirais la version avec le "-" comme la convention * engineering *. Lorsque vous construisez des moteurs (comme l'ont été les personnes qui ont inventé la thermodynamique), vous vous souciez de mettre de la chaleur et de faire de l'exercice, et vous définissez ces deux quantités comme positives. La thermodynamique physique pure utilise souvent (principalement?) La version "+".
Même en ingénierie, il y a deux conventions ... Les ingénieurs en mécanique pensent que le travail à la sortie du système est un travail positif, les ingénieurs chimistes pensent que le travail effectué sur le système est positif ... D'autres ingénieurs font simplement semblant.
Six réponses:
#1
+35
bpedit
2017-01-12 00:56:08 UTC
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Il ne s’agit pas d’une simple distinction entre la physique et la chimie. J'ai enseigné la physique pendant 25 ans et j'ai vu de nombreux exemples d'utilisation de l'un ou l'autre dans plusieurs manuels. En fait, à un moment donné de mon mandat, le comité de physique AP a échangé les conventions sur la feuille d'équation pour l'examen AP.

Juste mon avis ici: j'ai toujours attribué le travail-fait-par-le -system camp comme étant plus enclin à être utilisé par les ingénieurs qui veulent savoir "ce que le système peut faire pour nous" dans des applications pratiques. D'un autre côté, le travail effectué sur le système semble favoriser le point de vue d'un expérimentateur ou d'un théoricien opérant sur un système de l'extérieur.

"Ne demandez pas ce que votre système peut faire pour vous ..." :-P Aussi, pour ce que ça vaut, seule la deuxième version a du sens pour moi. Dans la première version, vous considérez la chaleur positive comme quelque chose qui est fourni par * l'environnement *, et le travail positif comme quelque chose qui est fourni par le * système *. C'est manifestement incohérent, et en corrigeant l'incohérence, vous obtenez la deuxième équation. Juste mon (correct) avis ...;)
@Mehrdad D'accord. C'est le même argument que j'ai donné à mes étudiants.
Comme je l'ai dit plus haut, seuls les ingénieurs en mécanique sont gourmands et se soucient de ce que le système peut faire pour eux: D
#2
+7
Avishai Barnoy
2017-01-11 23:57:52 UTC
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Il n'y a pas de différence et l'équation donnera la même réponse. La différence est de décider du point de référence pour le travail effectué.

Là où nous avons $ W = \ pm P \ Delta {V} $, il vous suffit de décider d'où vous regardez. Suis-je le système et le travail est fait sur moi, ou est-ce que je suis à l'extérieur et que je travaille sur le système? Quoi qu'il en soit, une fois que vous avez choisi votre point de référence, vous devez vous y tenir et faire tous vos calculs en fonction de celui-ci. Je suppose que, comme dans la plupart de ces cas, c'est historique.

Un autre exemple est une notation différente, les chimistes utilisent $ A $ pour symboliser l'énergie libre de Helmholtz alors qu'en physique c'est $ T $.

On dirait que l'utilisation de T pour l'énergie de Helmholtz serait un cauchemar, T est déjà un symbole surchargé même en s'en tenant simplement à la notation des chimistes (température, énergie cinétique, certains opérateurs tensoriels).
Je n'ai jamais vu "T" être utilisé pour l'énergie de Helmholtz.Je pense que vous voulez dire "F".
#3
+3
Gaurav Arya
2018-05-15 11:45:17 UTC
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Les physiciens sont intéressés par le travail effectué par le système. En physique, nous cherchons toujours ce que le système nous donne (environnant). Donc, en physique, nous étudions le travail effectué par le système.

Alors que les chimistes sont intéressés de savoir quel travail l'environnement a fait sur le système, afin de terminer la réaction. Ainsi, en chimie, nous étudions les travaux effectués sur le système.

#4
+2
David McClure
2017-01-13 08:25:52 UTC
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La chimie a basculé vers la convention IUPAC au début des années 90, qui dicte la première loi comme la somme de $ Q $ et $ W $ et nécessite à son tour que $ W $ soit défini comme l'intégrale négative de $ P (V) \ mathrm {d} V $. Voir les recommandations de l ' Union internationale de chimie pure et appliquée.

Comme indiqué, les physiciens utilisent $ Q-W $ mais définissent $ W $ comme l'intégrale positive. Les mêmes résultats finaux cependant.

Ce serait peut-être génial si vous liez également quelle section de ce document de 250 pages devait être lue?
#5
+1
Venkatesh Hari
2019-04-07 23:56:56 UTC
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C'est parce que ... En physique, on se préoccupe de l'environnementEt en chimie, on se préoccupe du système.

C'est pourquoi, en physique, le travail effectué par le système est positif parce que le changement en énergie (grâce au travail effectué) de l'environnement c'est positif! (L'énergie est libérée du système vers l'environnement)

Alors qu'en chimie, le travail effectué par le système est négatif car le système perd une certaine quantité d'énergie pour travailler!

C'est tout !

#6
  0
saurav
2019-02-19 19:05:28 UTC
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Faites simple; ce n'est rien d'autre qu'une référence dans un domaine différent pour des usages différents qui change les formules. Si le système travaille sur l'environnement, U diminuera si W est considéré comme positif - et vice versa.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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