Druk en energie
Rens stelde deze vraag op 05 juli 2023 om 23:08. Hallo,
Ik heb de volgende vraag.
Stel ik heb een cylinder met gas erin op een druk van 10bar. En ik wil dit verder comprimeren zodat de druk en dus ook de temperatuur zal stijgen.
Mag ik dan zeggen dat alle energie die ik nodig heb voor het comprimeren wordt toegevoegd aan de energie van het gas in de cylinder?
Of telt die initiële druk van 10bar niet mee die ik eerst moet overbruggen, dus enkel de (extra)energie die de zuiger daadwerkelijk laat comprimeren.
Dus stel ik druk met 11bar, mag ik dan zeggen dat iedere centimeter dat de zuiger opschuift er 11bar aan energie per cm is toegevoegd bovenop de inwendige energie die het gas al had in de cylinder. Ik hoop dat ik mijn vraag duidelijk heb geformuleerd.
Hier kom ik dus totaal niet uit, aangezien je zou denken dat de moleculen in de zuiger enkel een extra zetje krijgen wanneer de zuiger naar binnen wordt gedrukt, en dit gebeurt pas na 10bar. Maar mijn intuïtie zegt weer dat alle energie wordt toegevoegd. Maar als ik aan een muur denk waar ik tegenaan druk met mijn handen, voel ik wel dat ik kracht zet, maar die energie wordt niet overgedragen aan die muur, want die blijft staan. Maw, ik kom hier even niet uit. Graag uw reactie.
Reacties
Nee, want zoals je zelf al zegt wordt de cilinder warmer dus een deel van je energie gaat daarin zitten.
Zoals de thermodynamica al zegt (bij vaste hoeveelheid gas):
dU = Q - p dV (toename energie = warmte + verrichte compressie arbeid (dV <0) )
En mijn vraag had meer betrekking op de energie die ik over een bepaalde afstand lever, of dit uiteindelijk wordt toegevoegd op de energie die al in het gas van de cylinder zit.
Dat de cylinder vervolgens ook opwarmt snap ik. Maar als we dit element even achterwegen laten. Kunnen we dan spreken dat alle energie die ik lever bovenop de energie komt van de moleculen in de cylinder?
Rens
En mijn vraag had meer betrekking op de energie die ik over een bepaalde afstand lever, of dit uiteindelijk wordt toegevoegd op de energie die al in het gas van de cylinder zit. dag Rens,
Jij oefent een arbeid (kracht × weg) uit op dat gas.
Als dat gas al een druk van 10 bar heeft is, vergeleken met een cilinder met een druk van 1 bar, is jouw kracht, en dus jouw arbeid, en dus de overgedragen energie, al 10 keer zo groot als bij 1 bar (bij eenzelfde indrukking).
Rens
Maar als ik aan een muur denk waar ik tegenaan druk met mijn handen, voel ik wel dat ik kracht zet, maar die energie wordt niet overgedragen aan die muur, want die blijft staan.
die muur blijf staan en dus wordt er geen arbeid verricht, want geen weg afgelegd: weg = 0 dus arbeid = kracht × weg = 0.
Dat je toch moe wordt is een biologisch verschijnsel: een betonnen paal die je tegen die muur laat leunen heeft daar geen last van en die kan dat in principe eeuwig volhouden zonder dat ik daar energie naar toe hoef te brengen.
Groet, Jan
Dan kan ik dus concluderen dat als ik de zuiger indruk over een afstand van bv 1cm. Arbeid=krachtxafstand, dat ik deze arbeid na het indrukken mag optellen bij de energie die het gas initieel al had.
Uw tweede uitleg is ook helder.
Dus uiteindelijk is de energie die je overbrengt bij een afstand van 0 ook altijd 0. Wat het ook wel logisch maakt.
- Bedankt allebei voor de moeite!
En zoals Jan zegt: biologisch kun je heel wat energie verspillen (door de continue contractie/ontspanning van spierweefsel) door je lichaam zonder dat er natuurkundig/mechanisch ook maar iets aan de energiebalans verandert van de voorwerpen. Houd maar eens een boekentas met gestrekte arm omhoog (of een jas): de armen gaan uiteindelijk trillen (spiercontractie) en je houdt het niet meer. Een kapstok heeft nergens last van. Daar buigen de moleculen in de ophanghaak wel wat uiteen (maar intermoleculaire krachten houden het in vorm - anders breekt de haak) maar verder kan het die situatie jaren volhouden.
Maar dit verschil in energiegebruik in spieren zonder dat het zichtbaar iets oplevert is wel een grote bron van misverstand omdat "intuitief" het niet klopt dat zonder plaatsing geen energie gebruikt wordt.
