Ensimmäinen termodynamiikan laki käsittelee, mitä tarvitaan, jotta työ muuttuu lämpöksi.
Se perustuu energiansäästön periaate, joka on yksi fysiikan tärkeimmistä periaatteista.
Tämä energiansäästö tapahtuu lämmön ja työn muodossa. Se antaa systeemille mahdollisuuden säästää ja siirtää energiaa, toisin sanoen energia voi kasvaa, laskea tai pysyä vakiona.
Ensimmäinen termodynamiikan laki ilmaistaan kaavalla
Q = τ + ΔU
Missä,
Q: lämpö
τ: työ
U: sisäisen energian vaihtelu
Siten sen perusta on: lämpö (Q) syntyy työn summasta (τ) sisäisen energian vaihtelulla (ΔU).
Se löytyy myös seuraavasti:
ΔU = Q - W
Missä,
U: sisäisen energian vaihtelu
Q: lämpö
W: työ
Perustuksen tuloksena on sama: Sisäisen energian (ΔU) vaihtelu johtuu ulkoisen väliaineen kanssa vaihdetusta lämmöstä miinus suoritettu työ (W).
Se tarkoittaa,
1) kuten lämpö (Q):
- Jos väliaineen kanssa vaihdettu lämpö on suurempi kuin 0, järjestelmä vastaanottaa lämpöä.
- Jos väliaineen kanssa vaihdettu lämpö on alle 0, järjestelmä menettää lämpöä.
- Jos väliaineen kanssa ei tapahdu lämmönvaihtoa, toisin sanoen jos se on yhtä suuri kuin 0, järjestelmä ei vastaanota eikä menetä lämpöä.
2) työn suhteen (τ):
- Jos työ on suurempi kuin 0, lämmölle altistuvan kohteen tilavuus laajenee.
- Jos työ on alle 0, lämmölle altistuvan kohteen tilavuus pienenee.
- Jos työtä ei ole, toisin sanoen jos se on yhtä suuri kuin 0, lämmölle altistuneen tilavuus on vakio.
3) sisäisen energian vaihtelusta (ΔU):
- Jos sisäinen energian vaihtelu on suurempi kuin 0, lämpötila nousee.
- Jos sisäinen energian vaihtelu on alle 0, lämpötila laskee.
- Jos sisäisessä energiassa ei tapahdu muutosta, toisin sanoen jos se on yhtä suuri kuin 0, lämpötila on vakio.
Päätelmänä on, että lämpötilaa voidaan nostaa lämmöllä tai työllä.
Esimerkki
Kaasujen lämmitys saa koneet käynnistymään, eli suorittamaan töitä esimerkiksi laitoksessa.
Tämä tapahtuu seuraavalla tavalla: kaasut siirtävät energiaa koneiden sisälle, mikä saa ne lisääntymään ja aktivoimaan sieltä koneiden mekanismeja. Aktivoituna mekanismit alkavat toimia.
Lue myös
- Termodynamiikka
- Carnot-sykli
- Hessin laki
Termodynamiikan lait
Termodynamiikan lait ovat neljä. Ensimmäisen, jota olemme tekemisissä, lisäksi:
- Termodynamiikan nolla laki - käsittelee olosuhteita lämpötasapainon saavuttamiseksi;
- Toinen termodynamiikan laki - käsittelee lämpöenergian siirtoa;
- Kolmas termodynamiikan laki - käsittelee aineen käyttäytymistä entropian ollessa lähellä nollaa.
Harjoitukset
1. (Ufla-MG) Palautuvassa kaasumaisessa muunnoksessa sisäisen energian vaihtelu on + 300 J. Oli puristus ja kaasun paineen tekemä työ on moduulissa 200 J. Joten on totta, että kaasu
a) antoi 500 J lämpöä väliaineeseen
b) antoi väliaineelle 100 J lämpöä
c) sai väliaineesta 500 J lämpöä
d) sai 100 J lämpöä väliaineesta
e) läpikäyi adiabaattisen muutoksen
Vaihtoehto d: sai 100 J lämpöä keskeltä
Katso myös: Harjoituksia termodynamiikasta
2. (MACKENZIE-SP) Pidä kapea aukko suussa, puhalla kätesi nyt voimakkaasti! Se näki? Olet tuottanut adiabaattisen muutoksen! Siellä karkotettu ilma laajeni väkivaltaisesti, jonka aikana:
a) suoritettu työ vastasi tämän ilman sisäisen energian vähenemistä, koska ulkoisen ympäristön kanssa ei tapahtunut lämmönvaihtoa;
b) suoritettu työ vastasi tämän ilman sisäisen energian lisääntymistä, koska lämmönvaihtoa ulkoisen ympäristön kanssa ei tapahtunut;
c) suoritettu työ vastasi tämän ilman ja väliaineen kanssa vaihdettavan lämmön määrän kasvua, koska sen sisäinen energia ei muuttunut;
d) työtä ei suoritettu, koska ilma ei absorboinut ympäristöstä peräisin olevaa lämpöä eikä sisäisessä energiassa ollut mitään vaihtelua;
e) töitä ei suoritettu, koska ilma ei tuottanut lämpöä väliaineelle eikä kärsinyt muutoksista sisäisessä energiassa.
Vaihtoehto a: suoritettu työ vastasi tämän ilman sisäisen energian vähenemistä, koska ulkoisen ympäristön kanssa ei tapahdu lämmönvaihtoa.
Katso myös: adiabaattinen muutos
