PVArbeit

PV-Arbeit, auch P–V-Arbeit genannt, bezeichnet die mechanische Arbeit, die ein System durch Änderung seines Volumens gegen externen Druck austauscht. Sie ist ein Schlüsselaspekt der Thermodynamik und tritt bei Vorgängen wie dem Ausdehnen oder Zusammenziehen eines Gases in einem Zylinder auf.

Für einen quasi-statischen Prozess lautet die Arbeit W_rev = ∫ P dV, wobei P der Druck des Systems ist. In allgemeineren, irreversiblen Prozessen gilt W = ∫ P_ext dV, wobei P_ext der äußere Druck ist, der die Volumenänderung verursacht. Die Vorzeichen können je nach Konvention variieren: In vielen Physik-Texten gilt die Arbeit, die das System verrichtet, als positiv; in der Chemie wird W oft als Arbeit am System interpretiert und entsprechend gegensinnig gewichtet.

Beispiele: Isotherme Expansion eines idealen Gases liefert W = nRT ln(V2/V1). Isobarische Expansion ergibt W = PΔV. Bei konstanter Temperatur und Druck verbindet PV-Arbeit Zustandsgrößen wie PV und nRT; diese Beziehung erleichtert Berechnungen in vielen technischen Anwendungen.

Beziehung zu anderen Größen: Die erste Thermodynamik lautet ΔU = Q − W (je nach Convention variiert die Vorzeichenregel). Die Enthalpie H = U + PV führt bei konstantem Druck zu ΔH = Q_p, wodurch sich Wärmeänderungen bei isobarer Zufuhr über die Änderung der Enthalpie beschreiben lassen. PV-Arbeit ist damit die dominierende Form mechanischer Arbeit in Gasprozessen und ein grundlegendes Konzept in Thermodynamik, Chemie, Maschinenbau und Umweltwissenschaften. In realen Prozessen können auch andere Arten von Arbeit oder dissipative Effekte auftreten.