Trabajar en libre expansión

Question

He leído que no se realiza ningún trabajo durante la expansión libre y que la temperatura de un gas ideal en expansión libre no cambia.

Supongamos un sistema ideal de pistón y gas que tiene vacío a su alrededor. El gas se expandirá pero diremos que no hay trabajo realizado por el gas. ¿Por qué? El gas aplica una presión (y por tanto una fuerza) sobre el pistón y éste se desplaza. Asi que de acuerdo con F.s = trabajo, ¡hay trabajo hecho por el gas!

Answer 1

Una pregunta un poco complicada. Como usted dice, el trabajo es la fuerza que actúa a lo largo de la trayectoria. Pero no hay ninguna fuerza que actúa, pues hay pistón ingrávido con vacío en el lado opuesto.

Para visualizar mejor el proceso, imagine un globo hinchable en el espacio exterior, cuando lo pincha. Todas las moléculas de gas siguen volando en la dirección y a la velocidad que tenían en el momento del accidente (por tanto, la temperatura es la misma) y no ejercen ningún trabajo (no hay colisión posterior).

Answer 2

He visto algunas respuestas sobre esta pregunta similar todos apuntan a lo mismo que la presión exterior es cero por lo que de $W = p.\Delta V$ , el trabajo realizado será cero o como se dice en la respuesta de @ssavec que no hay fuerza que actúe sobre el pistón, la cuestión es que no se puede tener un globo en el espacio, reventaría debido a la presión interior.

Mi profesor de física dio otra perspectiva para esta situación que, en mi opinión, es mucho más relevante. Dice así:

Dado que el gas está en un recipiente con pistón sin masa, entonces definitivamente tendrá algo de presión en condiciones normales e incluso en el vacío, pero el giro aquí es que, esta presión una vez empuja el pistón y después de eso porque el pistón no tenía resistencia, salió con cierta velocidad constante. No hubo una relación directa entre fuerza y desplazamiento, sino un empuje repentino del gas que hizo que el pistón saliera inmediatamente.