DET FørstLovgiverTermodynamik er en anvendelse af principgiverbevarelsegiverenergi til termodynamiske systemer. I henhold til denne lov er variationen af intern energi af et termodynamisk system er forskellen mellem mængden af varme absorberes af systemet og det arbejde, det udfører.
Seogså:Grundlæggende begreber og resumé af termologi
Hvad er den første lov om termodynamik?
Den første lov om termodynamik er en direkte konsekvens af princippet om energibesparelse. I henhold til dette princip den samlede energi i et systemforbliver altid konstant, da hun ikke er tabt, men forvandlet.
Inden for rammerne af Termodynamik, er brugt mere specifikke forestillinger og mindre generisk end dem, der anvendes i princippet om energibesparelse. I den første lov om termodynamik bruger vi begreber som energiindre,varme og arbejde, som er relevante for omfanget af Termiske maskiner (teknologiske anvendelser af grundlæggende betydning for termodynamik).
Forestil dig en dampdrevet maskine, når maskinens arbejdsfluid (vanddamp) modtager varme fra en ekstern kilde, er to energikonverteringer mulige: damp kan have sin egen temperatur øges et par grader, eller det kan endda udvide og bevæg stemplerne på maskinen og udfør således en vis mængde arbejde.
"Variationen i et termodynamisk systems interne energi svarer til forskellen mellem den mængde varme, der absorberes af det, og den mængde arbejde, som dette system udfører."
Stop ikke nu... Der er mere efter reklamen;)
Formel for den første lov om termodynamik
Formlen, der bruges til matematisk at beskrive den første lov om termodynamik, er vist nedenfor:
U - intern energivariation (cal eller J)
Q - varme (kalk eller J)
τ - arbejde (kalk eller J)
For at bruge denne formel er vi nødt til at være opmærksom på nogle signalregler:
ΔU - vil være positiv, hvis systemtemperaturen stiger
ΔU - vil være negativ, hvis systemtemperaturen falder;
Q - vil være positivt, hvis systemet absorberer varme fra det eksterne miljø
Q - det vil være negativt, hvis systemet giver varme til det eksterne miljø
τ – det vil være positivt, hvis systemet udvides og udfører arbejde på det eksterne miljø
τ – det vil være negativt, hvis systemet trækker sig sammen og modtager arbejde fra det eksterne miljø.
intern energivariation
Udtrykket ΔU henviser til den energiændring, der tilskrives kinetisk energi af systemets bestanddele, i tilfælde af en ideel gas, kan det siges, at ΔU svarer til:
ingen - antal mol (mol)
R - universel konstant af ideelle gasser (0,082 atm.l / mol. K eller 8,31 J / mol. K)
T - absolut temperatur (kelvin)
Ved at analysere formlerne kan det ses, at hvis der ikke er nogen temperaturændring i systemet, er det intern energi vil også forblive uændret. Derudover er det vigtigt at sige, at for termiske maskiner, der fungerer i cyklusser, variationen af den indre energi i slutningen af hver cyklus skal være nul, fordi på det tidspunkt vender motoren tilbage til starttemperaturen.
Seogså:Termiske maskiners ydeevne: hvordan beregnes den?
Varme
Når vi går videre til næste periode, Q, der refererer til den mængde varme, der overføres til systemet, bruger vi normalt grundlæggende ligning af kalorimetri, vist nedenfor:
Q -opvarmning (kalk eller J)
m - masse (g eller kg)
ç - specifik varme (cal / gºC eller J / kg. K)
AT - temperaturvariation (celsius eller kelvin)
Arbejde
Den sidste af de mængder, der er relateret til den første lov om termodynamik, er arbejde (τ), som har en analytisk formel kun til transformationer, der forekommer under konstant tryk, også kendt synes godt om isobariske transformationer, holde øje:
P - tryk (Pa eller atm)
AV - volumenvariation (m³ eller l)
Når trykket, der udøves på systemet, ikke er konstant, kan arbejdet beregnes ud fra arealet i grafen over tryk versus volumen (P x V). For at lære mere om denne skalære størrelse skal du besøge: arbejde.
løste øvelser
Spørgsmål 1)(CefetMG) Arbejdet udført i en lukket termisk cyklus er lig med 100 J, og varmen involveret i termisk udveksling er lig med henholdsvis 1000 J og 900 J med varme og kolde kilder.
Fra termodynamikens første lov er variationen af den indre energi i denne termiske cyklus i joule
a) 0
b) 100
c) 800
d) 900
e) 1000
Løsning
Alternativ a.
Lad os løse øvelsen ved hjælp af den første lov om termodynamik, bemærk:
Ifølge erklæringen bliver vi bedt om at beregne variationen af intern energi i en lukket termodynamisk cyklus, i hvilket tilfælde vi ved, at den interne energivariation skal være nul, da maskinen vender tilbage til at køre ved den samme temperatur som den var i begyndelsen af cyklussen.
Spørgsmål 2)(Upf) En prøve af en ideel gas udvides ved at fordoble dens volumen under en isobarisk og adiabatisk transformation. I betragtning af at trykket fra gassen er 5.106 Pa og dets oprindelige volumen 2.10-5 m³, vi kan sige:
a) Varmen absorberet af gassen under processen er 25 cal.
b) Gassens arbejde under ekspansionen er 100 cal.
c) Den interne energivariation af gassen er –100 J.
d) Gastemperaturen forbliver konstant.
e) Intet af ovenstående.
Løsning
Alternativ c.
Ved hjælp af oplysninger fra øvelseserklæringen bruger vi den første lov om termodynamik til at finde det rigtige alternativ:
Spørgsmål 3)(wow) En madlavningstank indeholder højtryksgas. Når vi åbner denne cylinder, bemærker vi, at gassen hurtigt slipper ud i atmosfæren. Da denne proces er meget hurtig, kan vi betragte den som en adiabatisk proces.
I betragtning af at den første lov om termodynamik er givet af ΔU = Q - W, hvor ΔU er ændringen i energi inde i gassen er Q den energi, der overføres i form af varme, og W er det arbejde, der udføres af gassen, dette er korrekt angiv, at:
a) Gastrykket steg og temperaturen faldt.
b) Arbejdet med gassen var positivt, og gastemperaturen ændrede sig ikke.
c) Arbejdet med gassen var positivt, og gastemperaturen faldt.
d) Gastrykket steg, og det udførte arbejde var negativt.
Løsning
Alternativ c.
Når gasvolumenet udvides, siger vi, at det udførte arbejde var positivt, det vil sige gassen selv udførte arbejde på det eksterne miljø. Da processen desuden sker meget hurtigt, er der ikke tid for gassen at udveksle varme med omgivelserne, så følgende sker:
Ifølge beregningen falder gassens indre energi med et beløb svarende til det udførte arbejde. derudover, da der er et fald i gasens indre energi, er der desuden et fald i temperatur.
Spørgsmål 4)(Udesc) I et fysiklaboratorium udføres eksperimenter med en gas, der til termodynamiske analyseformål kan betragtes som en ideel gas. Fra analysen af et af eksperimenterne, hvor gassen blev udsat for en termodynamisk proces, blev det konkluderet, at al varme, der blev leveret til gassen, blev omdannet til arbejde.
Kontroller det alternativ, der repræsenterer korrekt den termodynamiske proces, der blev udført i eksperimentet.
a) isovolumetrisk proces
b) isoterm proces
c) isobar proces
d) adiabatisk proces
e) sammensat proces: isobar og isovolumetrisk
Løsning
Alternativ b.
For at al den varme, der tilføres en gas, skal omdannes til arbejde, må der ikke være nogen absorption af intern energi det, med andre ord, gassen skal gennem en isoterm proces, det vil sige en proces, der finder sted ved temperatur konstant.
Af Rafael Hellerbrock
Fysiklærer
