¿Por qué muchos conceptos y definiciones en termodinámica se basan en "nada más que trabajo de volumen"? ¿Cuáles son los efectos de hacer trabajo extra?

Corrigiendo la pregunta de otro respondedor. No hay duda de que las leyes básicas de la termodinámica son universalmente aplicables (al menos hasta ahora no hay contraejemplos). Pero hay muchas fórmulas termodinámicas, incluso muchas fórmulas muy básicas, como la expresión común de la primera ley δ U = Q W, la ecuación básica de la termodinámica dU=TdS-pdV, la capacidad calorífica a volumen constante Cv=(dU/dT) v (aquí significa Derivadas parciales) son todas condicionales.

Así como la primera ley es universal sólo cuando se expresa en palabras, la expresión formulada suele ser limitada. Por ejemplo, δ u = q w es un sistema cerrado y la energía cinética del sistema permanece sin cambios. Obviamente, un contraejemplo común a la condición anterior es el calentamiento por fricción (suponiendo condiciones adiabáticas). En este proceso, la fricción externa realiza un trabajo negativo sobre el objeto, pero la energía interna del objeto aumenta. La fuente del aumento de energía interna es la disminución de la energía cinética de un objeto.

En cuanto a la condición de trabajo no volumétrico, es muy común en las fórmulas termodinámicas. La definición de Cv = lim(δQ/δT)v es universal, pero Cv=(dU/dT)v no debe tener trabajo sin volumen porque la condición de trabajo sin volumen se utiliza en la derivación. Cuando hay trabajo sin volumen, δQv =δU-W, donde W incluye trabajo con volumen (cero) y trabajo sin volumen (distinto de cero), por lo que δQv no es igual a δU, y Cv=(dU/dT)v no aguanta.

Para otro ejemplo, de acuerdo con la primera ley dU=dQ dW y la definición de entropía dQ=TdS y el volumen de trabajo dW=-pdV, se deriva dU=TdS-pdV. Cuando hay trabajo no volumétrico, dW también debe incluir el trabajo no volumétrico dW’, y la forma de ecuación básica debe ser dU = TdS-pdV dW’.

Si la termodinámica es difícil, la mayor dificultad reside en las condiciones aplicables de las diferentes fórmulas. Sólo recordando el proceso de derivación de la fórmula sobre la base de la comprensión podemos entender esta fórmula y no ser propensos a errores, incluso si los errores a menudo son inevitables, incluso si hay un ligero descuido.