НА ПървоЗакондаваТермодинамика е приложение на принципдавазапазванедаваенергия за термодинамични системи. Според този закон вариацията на вътрешна енергия на термодинамична система е разликата между количеството на топлина погълнат от системата и свършената от нея работа.
Вижсъщо:Основни понятия и резюме на термологията
Какъв е първият закон на термодинамиката?
Първият закон на термодинамиката е пряко следствие от принципа на енергоспестяване. Съгласно този принцип, общата енергия на систематавинаги остава постоянна, тъй като тя не е загубена, а преобразена.
В рамките на Термодинамика, са използвани по-конкретни понятия и по-малко общи от тези, използвани в принципа на енергоспестяване. В Първия закон на термодинамиката използваме понятия като енергиявътрешен,топлина и работа, които са от значение за обхвата на Термични машини (технологични приложения от основно значение за термодинамиката).
Представете си машина с парово захранване, когато работният флуид на тази машина (водна пара) получава топлина от външен източник, са възможни две преобразувания на енергия: парата може да има своя собствена
температура увеличен с няколко градуса или дори може разширяване и преместете буталата на тази машина, като по този начин изпълнявате определено количество работа.„Разликата във вътрешната енергия на термодинамичната система съответства на разликата между количеството топлина, погълната от нея, и количеството работа, която тази система извършва.“
Формула на първия закон на термодинамиката
Формулата, използвана за математическо описание на Първия закон на термодинамиката, е показана по-долу:
U - вътрешно изменение на енергията (кал или J)
Въпрос: - топлина (вар или J)
τ - работа (вар или J)
За да използваме тази формула, трябва да обърнем внимание на някои правила за сигнала:
ΔU - ще бъде положително, ако температурата на системата се повиши;
ΔU - ще бъде отрицателно, ако температурата на системата намалее;
Въпрос: - ще бъде положително, ако системата абсорбира топлина от външната среда;
Въпрос: - ще бъде отрицателно, ако системата дава топлина на външната среда;
τ – ще бъде положително, ако системата се разширява, извършвайки работа върху външната среда;
τ – ще бъде отрицателно, ако системата се свие, получавайки работа от външната среда.
вътрешна енергийна вариация
Терминът ΔU се отнася до енергийната промяна, приписана на кинетична енергия на съставните частици на системата, в случай на идеален газ, може да се каже, че ΔU е еквивалентно на:
не - брой молове (mol)
R - универсална константа на идеални газове (0,082 атм / л. K или 8,31 J / mol. К)
T - абсолютна температура (келвин)
Анализирайки формулите, може да се види, че ако няма промяна на температурата в системата, неговата вътрешна енергия също ще остане непроменена. Освен това е важно да се каже, че за термични машини, които работят в цикли, вариацията на вътрешната енергия в края на всеки цикъл трябва да бъде нула, тъй като в този момент двигателят се връща към работа с първоначалната температура.
Вижсъщо:Работата на термичните машини: как се изчислява?
Топлина
Преминавайки към следващия термин, Q, който се отнася до количеството топлина, предадено на системата, обикновено използваме основно уравнение на калориметрията, показано по-долу:
Въпрос: -топлота (вар или J)
м - маса (g или kg)
° С - специфична топлина (кал / gºC или J / kg. К)
ΔT - вариране на температурата (по Целзий или келвин)
Работа
Последното от величините, свързани с Първия закон на термодинамиката, е работа (τ), която има a аналитична формула само за трансформации, които се случват при постоянно налягане, също известна като изобарни трансформации, гледам:
P - налягане (Pa или atm)
ΔV - вариране на обема (m³ или l)
Когато налягането, упражнявано върху системата, не е постоянно, работата може да се изчисли чрез площта на графиката на налягането спрямо обема (P x V). За да научите повече за тази скаларна величина, посетете: работа.
решени упражнения
Въпрос 1)(CefetMG) Работата, извършена в затворен термичен цикъл, е равна на 100 J, а топлината, участваща в топлообмена, е равна на 1000 J и 900 J, съответно, с източници на топло и студено.
От Първия закон на термодинамиката варирането на вътрешната енергия в този термичен цикъл, в джаули, е
а) 0
б) 100
в) 800
г) 900
д) 1000
Резолюция
Алтернатива a.
Нека решим упражнението, използвайки Първия закон на термодинамиката, забележете:
Според изявлението ни се иска да изчислим вариацията на вътрешната енергия в затворен термодинамичен цикъл, като в този случай знаем, че вътрешното изменение на енергията трябва да е нула, тъй като машината ще се върне към работа при същата температура, както е била в началото на цикъла.
Въпрос 2)(Upf) Проба от идеален газ се разширява чрез удвояване на обема му по време на изобарна и адиабатна трансформация. Като се има предвид, че налягането, което изпитва газът, е 5.106 Pa и първоначалният му обем 2.10-5 m³, можем да кажем:
а) Топлината, погълната от газа по време на процеса, е 25 кал.
б) Работата, извършена от газа по време на разширяването му, е 100 кал.
в) Вътрешното изменение на енергията на газа е –100 J.
г) Температурата на газа остава постоянна.
д) Нито едно от горните.
Резолюция
Алтернатива c.
Използвайки информация, предоставена от изявлението за упражнението, ние ще използваме Първия закон на термодинамиката, за да намерим правилната алтернатива:
Въпрос 3)(Еха) Кухненски контейнер съдържа газ с високо налягане. Когато отворим този цилиндър, забелязваме, че газът бързо изтича в атмосферата. Тъй като този процес е много бърз, можем да го считаме за адиабатен процес.
Като се има предвид, че Първият закон на термодинамиката се дава от ΔU = Q - W, където ΔU е промяната в енергията вътре в газа, Q е енергията, предадена под формата на топлина, а W е работата, извършена от газа, това е правилно посочете, че:
а) Налягането на газа се увеличава и температурата намалява.
б) Работата, извършена от газа, е положителна и температурата на газа не се променя.
в) Работата, извършена от газа, е положителна и температурата на газа намалява.
г) Налягането на газа се увеличи и извършената работа беше отрицателна.
Резолюция
Алтернатива c.
След като обемът на газа се разшири, казваме, че извършената работа е била положителна, тоест самият газ е извършил работа върху външната среда. Освен това, тъй като процесът протича много бързо, няма време газът да обменя топлина с околната среда, така че се получава следното:
Според изчислението вътрешната енергия на газа намалява с количество, равно на извършената работа. от газа, освен това, тъй като има намаляване на вътрешната енергия на газа, има и намаляване на температура.
Въпрос 4)(Udesc) Във физическа лаборатория се провеждат експерименти с газ, който за целите на термодинамичния анализ може да се счита за идеален газ. От анализа на един от експериментите, при който газът е бил подложен на термодинамичен процес, се стигна до заключението, че цялата топлина, подавана към газа, се превръща в работа.
Отбележете алтернативата, която представлява правилно термодинамичният процес, извършен в експеримента.
а) изовометричен процес
б) изотермичен процес
в) изобарен процес
г) адиабатен процес
д) композитен процес: изобарен и изоволуметричен
Резолюция
Алтернатива b.
За да бъде цялата топлина, подавана към даден газ, преобразувана в работа, не трябва да има абсорбция на вътрешна енергия от с други думи, газът трябва да премине през изотермичен процес, т.е. процес, който протича при температура постоянна.
От Рафаел Хеллерброк
Учител по физика
Източник: Бразилско училище - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/primeira-lei-da-termodinamica.htm
