THE PrvníZákondáváTermodynamika je aplikace zásadadávázachovánídáváenergie pro termodynamické systémy. Podle tohoto zákona je změna vnitřní energie termodynamického systému je rozdíl mezi množstvím teplo absorbován systémem a prací, kterou provádí.
Dívej setaky:Základní pojmy a shrnutí termologie
Jaký je první zákon termodynamiky?
První zákon termodynamiky je přímým důsledkem principu úspory energie. Podle této zásady celková energie systémuvždy zůstává konstantní, protože není ztracena, ale transformována.
V rámci Termodynamika, Jsou používány konkrétnější pojmy a méně obecné než ty, které se používají na principu úspory energie. V prvním zákonu termodynamiky používáme pojmy jako energievnitřní,teplo a práce, které jsou relevantní pro oblast působnosti Tepelné stroje (technologické aplikace zásadního významu pro termodynamiku).
Představte si stroj na parní pohon, když pracovní tekutina tohoto stroje (vodní pára) přijímá teplo z externího zdroje, jsou možné dvě energetické přeměny: pára může mít vlastní
teplota zvýšil o několik stupňů, nebo dokonce může rozšířit a přesuňte písty tohoto stroje, čímž provedete určité množství práce.„Variace vnitřní energie termodynamického systému odpovídá rozdílu mezi množstvím tepla, které absorbuje, a množstvím práce, kterou tento systém vykonává.“
Nepřestávejte... Po reklamě je toho víc;)
Vzorec prvního zákona termodynamiky
Vzorec použitý k matematickému popisu prvního zákona termodynamiky je uveden níže:
U - variace vnitřní energie (cal nebo J)
Q - teplo (vápno nebo J)
τ - práce (vápno nebo J)
Abychom mohli použít tento vzorec, musíme věnovat pozornost některým pravidlům signálu:
ΔU - bude pozitivní, pokud se teplota systému zvýší;
ΔU - bude negativní, pokud teplota systému poklesne;
Q - bude pozitivní, pokud systém absorbuje teplo z vnějšího prostředí;
Q - bude negativní, pokud systém dodává teplo vnějšímu prostředí;
τ – bude pozitivní, pokud se systém rozšíří a bude pracovat na externím prostředí;
τ – to bude negativní, pokud se systém uzavře a obdrží práci z externího prostředí.
variace vnitřní energie
Termín ΔU se vztahuje ke změně energie přiřazené k Kinetická energie o základních částicích systému, v případě ideálního plynu lze říci, že ΔU je ekvivalentní:
Ne - počet krtků (mol)
R - univerzální konstanta ideálních plynů (0,082 atm.l / mol. K nebo 8,31 J / mol. K)
T - absolutní teplota (kelvin)
Při analýze vzorců je vidět, že pokud nedojde k žádné změně teploty v systému, je to vnitřní energie také zůstane beze změny. Dále je důležité říci, že u tepelných strojů, které pracují v cyklech, variace vnitřní energie na konci každého cyklu musí být nulová, protože v tomto bodě se motor vrátí do provozu s počáteční teplotou.
Dívej setaky:Výkon tepelných strojů: jak se počítá?
Teplo
Když přejdeme k dalšímu členu, Q, který označuje množství tepla přeneseného do systému, obvykle používáme základní rovnice kalorimetrie, je uvedeno níže:
Q -heat (vápno nebo J)
m - hmotnost (g nebo kg)
C - specifické teplo (kal / g ° C nebo J / kg. K)
ΔT - kolísání teploty (Celsia nebo Kelvin)
Práce
Poslední z veličin souvisejících s prvním zákonem termodynamiky je práce (τ), která má a analytický vzorec pouze pro transformace, ke kterým dochází za konstantního tlaku, také známý jako izobarické transformace, hodinky:
P - tlak (Pa nebo atm)
ΔV - objemová variace (m³ nebo l)
Když tlak vyvíjený na systém není konstantní, lze práci vypočítat z oblasti grafu tlaku proti objemu (P x V). Chcete-li se dozvědět více o této skalární velikosti, navštivte: práce.
vyřešená cvičení
Otázka 1)(CefetMG) Práce prováděná v uzavřeném tepelném cyklu se rovná 100 J a teplo spojené s tepelnými výměnami se rovná 1000 J, respektive 900 J, v případě horkých a studených zdrojů.
Od prvního zákona termodynamiky je variace vnitřní energie v tomto tepelném cyklu v joulech
a) 0
b) 100
c) 800
d) 900
e) 1000
Řešení
Alternativní a.
Vyřešme cvičení pomocí prvního termodynamického zákona, poznámka:
Podle prohlášení jsme požádáni, abychom vypočítali variaci vnitřní energie v uzavřeném termodynamickém cyklu, v takovém případě víme, že interní variace energie musí být nulová, protože stroj se vrátí do provozu při stejné teplotě jako na začátku cyklu.
Otázka 2)(Upf) Vzorek ideálního plynu expanduje zdvojnásobením svého objemu během izobarické a adiabatické transformace. Vzhledem k tomu, že tlak plynu je 5.106 Pa a jeho počáteční objem 2.10-5 m³, můžeme říci:
a) Teplo absorbované plynem během procesu je 25 kcal.
b) Práce prováděná plynem během jeho expanze je 100 kal.
c) Vnitřní variace energie plynu je –100 J.
d) Teplota plynu zůstává konstantní.
e) Žádný z výše uvedených.
Řešení
Alternativní c.
S využitím informací poskytnutých v prohlášení o cvičení použijeme první zákon termodynamiky k nalezení správné alternativy:
Otázka 3)(Wow) Kuchyňský kanystr obsahuje vysokotlaký plyn. Když tento válec otevřete, všimneme si, že plyn rychle uniká do atmosféry. Jelikož je tento proces velmi rychlý, můžeme jej považovat za adiabatický proces.
Vzhledem k tomu, že první zákon termodynamiky je dán ΔU = Q - W, kde ΔU je změna energie uvnitř plynu je Q energie přenášená ve formě tepla a W je práce prováděná plynem, to je správné uveďte, že:
a) Zvýšil se tlak plynu a teplota se snížila.
b) Práce provedená plynem byla pozitivní a teplota plynu se nezměnila.
c) Práce prováděná plynem byla pozitivní a teplota plynu poklesla.
d) Zvýšil se tlak plynu a práce byla negativní.
Řešení
Alternativní c.
Jakmile se objem plynu rozšíří, říkáme, že provedená práce byla pozitivní, to znamená, že samotný plyn vykonával práci na vnějším prostředí. Kromě toho, protože proces probíhá velmi rychle, není čas na výměnu tepla s okolním plynem, takže nastane následující:
Podle výpočtu klesá vnitřní energie plynu o částku rovnající se vykonané práci. plynem, navíc, protože dochází ke snížení vnitřní energie plynu, dochází také ke snížení teplota.
Otázka 4)(Udesc) Ve fyzikální laboratoři se experimenty provádějí s plynem, který lze pro účely termodynamické analýzy považovat za ideální plyn. Z analýzy jednoho z experimentů, ve kterých byl plyn podroben termodynamickému procesu, byl vyvozen závěr, že veškeré teplo dodávané do plynu bylo přeměněno na práci.
Zaškrtněte alternativu, která představuje správně termodynamický proces provedený v experimentu.
a) izovolumetrický proces
b) izotermický proces
c) izobarický proces
d) adiabatický proces
e) kompozitní proces: izobarický a izovolumetrický
Řešení
Alternativa b.
Veškeré teplo dodávané do plynu, které má být přeměněno na práci, nesmí být absorbováno vnitřní energií jinými slovy, plyn musí projít izotermickým procesem, tj. procesem, který probíhá při teplotě konstantní.
Autor: Rafael Hellerbrock
Učitel fyziky
