THE EnsimmäinenLakiantaaTermodynamiikka on sovelluksen periaateantaasuojeluantaaenergiaa termodynaamisille järjestelmille. Tämän lain mukaan vaihtelu sisäinen energia termodynaamisen järjestelmän ero on lämpöä absorboi järjestelmä ja sen tekemä työ.
Katsomyös:Termologian peruskäsitteet ja yhteenveto
Mikä on ensimmäinen termodynamiikan laki?
Ensimmäinen termodynamiikan laki on suora seuraus energiansäästöperiaatteesta. Tämän periaatteen mukaan järjestelmän kokonaisenergiapysyy aina vakionakoska hän ei ole kadonnut, vaan muuttunut.
Puitteissa Termodynamiikka, käytetään tarkempia käsitteitä ja vähemmän yleisiä kuin energiansäästöperiaatteessa käytetyt. Termodynamiikan ensimmäisessä laissa käytämme käsitteitä kuten energiaasisäinen,lämpöä ja työ, jotka ovat merkityksellisiä Lämpökoneet (termodynamiikalle perustavanlaatuiset teknologiset sovellukset).
Kuvittele höyrykäyttöinen kone, kun koneen käyttöneste (vesihöyry) saa lämpöä ulkoisesta lähteestä, kaksi energianmuunnosta on mahdollista: höyryllä voi olla oma
lämpötila kasvanut muutamalla asteella tai jopa voi laajentaa ja liikuta koneen mäntiä suorittamalla siten tietty määrä työ."Termodynaamisen järjestelmän sisäisen energian vaihtelu vastaa sen absorboiman lämmön määrän ja tämän järjestelmän suorittaman työn määrän välistä eroa."
Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)
Termodynamiikan ensimmäisen lain kaava
Termodynamiikan ensimmäisen lain matemaattiseen kuvaamiseen käytetty kaava on esitetty alla:
U - sisäinen energian vaihtelu (cal tai J)
Q - lämpö (kalkki tai J)
τ - työ (kalkki tai J)
Tämän kaavan käyttämiseksi meidän on kiinnitettävä huomiota joihinkin signaalisääntöihin:
ΔU - on positiivinen, jos järjestelmän lämpötila nousee;
ΔU - on negatiivinen, jos järjestelmän lämpötila laskee;
Q - on positiivinen, jos järjestelmä absorboi lämpöä ulkoisesta ympäristöstä;
Q - se on negatiivinen, jos järjestelmä antaa lämpöä ulkoiselle ympäristölle
τ – on positiivista, jos järjestelmä laajenee ja tekee työtä ulkoisessa ympäristössä;
τ – se on negatiivinen, jos järjestelmä supistuu ja saa työtä ulkoisesta ympäristöstä.
sisäinen energian vaihtelu
Termi ΔU viittaa energiamuutokseen, joka johtuu kineettinen energia ihanteellisen kaasun tapauksessa järjestelmän komponenttihiukkasista voidaan sanoa, että ΔU on yhtä suuri kuin:
ei - moolien lukumäärä (mol)
R - ihanteellisten kaasujen yleisvakio (0,082 atm.l / mol. K tai 8,31 J / mol. K)
T - absoluuttinen lämpötila (kelvin)
Kaavoja analysoitaessa voidaan nähdä, että jos järjestelmässä ei tapahdu lämpötilan muutosta, sen sisäinen energia myös pysyy muuttumattomana. Lisäksi on tärkeää sanoa, että lämpökoneiden, jotka toimivat jaksoittain, sisäisen energian vaihtelun on kunkin syklin lopussa oltava nolla, koska siinä vaiheessa moottori palaa toimintaansa alkuperäisen lämpötilan kanssa.
Katsomyös:Lämpökoneiden suorituskyky: miten se lasketaan?
Lämpö
Siirtymällä seuraavaan termiin Q, joka viittaa järjestelmään siirrettyyn lämmön määrään, käytämme yleensä kalorimetrian perusyhtälö, nähtävissä alapuolella:
Q - lämpö (kalkki tai J)
m - massa (g tai kg)
ç - ominaislämpö (cal / gºC tai J / kg. K)
ΔT - lämpötilan vaihtelu (celsius tai kelvin)
Työ
Viimeinen termodynamiikan ensimmäiseen lakiin liittyvistä määristä on työ (τ), jolla on a analyyttinen kaava vain muunnoksille, jotka tapahtuvat vakiopaineessa, tunnetaan myös Kuten isobaariset muunnokset, katsella:
P - paine (Pa tai atm)
ΔV - tilavuuden vaihtelu (m³ tai l)
Kun järjestelmään kohdistuva paine ei ole vakio, työ voidaan laskea paineen ja tilavuuden kuvaajan pinta-alalla (P x V). Lisätietoja tästä skalaarisesta suuruudesta on osoitteessa: työ.
ratkaistut harjoitukset
Kysymys 1)(CefetMG) Suljetussa lämpösyklissä suoritettu työ on yhtä suuri kuin 100 J, ja lämmönvaihtoon osallistuva lämpö on vastaavasti 1000 J ja 900 J, vastaavasti kuumilla ja kylmillä lähteillä.
Ensimmäisen termodynamiikan lain mukaan sisäisen energian vaihtelu tässä lämpösyklissä, jouleina, on
a) 0
b) 100
c) 800
d) 900
e) 1000
Resoluutio
Vaihtoehto a.
Ratkaistaan tehtävä käyttämällä termodynamiikan ensimmäistä lakia, huomio:
Lausunnon mukaan meitä pyydetään laskemaan sisäisen energian vaihtelu suljetussa termodynaamisessa syklissä, jolloin tiedämme, että sisäisen energian vaihtelun on oltava nolla, koska kone palaa toimintaansa samassa lämpötilassa kuin syklin alussa.
Kysymys 2)(Upf) Näyte ihanteellisesta kaasusta laajenee kaksinkertaistamalla tilavuutensa isobaarisen ja adiabaattisen transformaation aikana. Ottaen huomioon, että kaasun kokema paine on 5,106 Pa ja sen alkutilavuus 2.10-5 m³, voimme sanoa:
a) Prosessin aikana kaasun absorboima lämpö on 25 cal.
b) Kaasun työ paisuntansa aikana on 100 cal.
c) Kaasun sisäinen energian vaihtelu on –100 J.
d) Kaasun lämpötila pysyy vakiona.
e) Mikään edellä mainituista.
Resoluutio
Vaihtoehto c.
Käyttämällä harjoitusselosteen tietoja käytämme termodynamiikan ensimmäistä lakia oikean vaihtoehdon löytämiseen:
Kysymys 3)(Vau) Keittiön kanisteri sisältää korkeapainekaasua. Kun avaat tämän pullon, huomaamme, että kaasu pääsee nopeasti ilmakehään. Koska tämä prosessi on erittäin nopea, voimme pitää sitä adiabaattisena prosessina.
Ottaen huomioon, että ensimmäisen termodynamiikan lain antaa ΔU = Q - W, missä ΔU on energian muutos kaasun sisällä Q on lämmön muodossa siirretty energia ja W on kaasun tekemä työ, tämä on oikein todeta että:
a) Kaasun paine nousi ja lämpötila laski.
b) Kaasun tekemä työ oli positiivista eikä kaasun lämpötila muuttunut.
c) Kaasun tekemä työ oli positiivista ja kaasun lämpötila laski.
d) Kaasun paine nousi ja suoritettu työ oli negatiivinen.
Resoluutio
Vaihtoehto c.
Kun kaasun määrä kasvaa, sanomme, että suoritettu työ oli positiivinen, toisin sanoen kaasu itse teki työtä ulkoisessa ympäristössä. Lisäksi koska prosessi tapahtuu hyvin nopeasti, kaasulla ei ole aikaa vaihtaa lämpöä ympäristön kanssa, joten tapahtuu seuraava:
Laskelman mukaan kaasun sisäinen energia pienenee yhtä paljon kuin tehty työ. lisäksi, koska kaasun sisäinen energia pienenee, vähenee myös kaasu lämpötila.
Kysymys 4)(Udesc) Fysiikan laboratoriossa kokeet suoritetaan kaasulla, jota voidaan termodynaamista analyysia varten pitää ihanteellisena kaasuna. Yhden kokeen analyysistä, jossa kaasulle tehtiin termodynaaminen prosessi, pääteltiin, että kaikki kaasuun syötetty lämpö muuttui työksi.
Valitse vaihtoehto, joka edustaa oikein kokeessa suoritettu termodynaaminen prosessi.
a) isovolumetrinen prosessi
b) isoterminen prosessi
c) isobaarinen prosessi
d) adiabaattinen prosessi
e) komposiittiprosessi: isobarinen ja isovolumetrinen
Resoluutio
Vaihtoehto b.
Jotta kaikki kaasuun syötetty lämpö muunnettaisiin työksi, sisäistä energiaa ei saa absorboida toisin sanoen kaasun täytyy käydä läpi isoterminen prosessi, toisin sanoen prosessi, joka tapahtuu lämpötilassa vakio.
Kirjailija: Rafael Hellerbrock
Fysiikan opettaja
