THE PrviZakondajeTermodinamika je aplikacija načelodajekonzervacijadajeenergije za termodinamičke sustave. Prema ovom zakonu, varijacija unutarnja energija termodinamičkog sustava razlika je između količine toplina apsorbiran sustavom i radom koji je obavio.
Izgledtakođer:Temeljni pojmovi i sažetak termologije
Što je prvi zakon termodinamike?
Prvi zakon termodinamike izravna je posljedica načela očuvanja energije. Prema ovom principu, ukupna energija sustavauvijek ostaje konstanta, budući da nije izgubljena, već transformirana.
U okviru Termodinamika, su korišteni konkretniji pojmovi i manje generički od onih koji se koriste u načelu očuvanja energije. U Prvom zakonu termodinamike koristimo pojmove poput energijeunutarnji,toplina i raditi, koji su relevantni za opseg Termički strojevi (tehnološke primjene od temeljnog značaja za termodinamiku).
Zamislite stroj na parni pogon, kada radna tekućina tog stroja (vodena para) prima toplinu iz vanjskog izvora, moguće su dvije pretvorbe energije: para može imati vlastiti
temperatura povećana za nekoliko stupnjeva ili, čak, može proširiti i pomaknite klipove tog stroja, izvodeći tako određenu količinu raditi."Varijacija unutarnje energije termodinamičkog sustava odgovara razlici između količine topline koju on apsorbira i količine posla koji taj sustav obavlja."
Ne zaustavljaj se sada... Ima još toga nakon oglašavanja;)
Formula prvog zakona termodinamike
Formula koja se koristi za matematički opis Prvog zakona termodinamike prikazana je u nastavku:
U - unutarnja varijacija energije (kal ili J)
P - toplina (vapno ili J)
τ - rad (vapno ili J)
Da bismo koristili ovu formulu, moramo obratiti pažnju na neka signalna pravila:
ΔU - bit će pozitivan ako se temperatura sustava poveća;
ΔU - bit će negativan ako se temperatura sustava smanji;
P - bit će pozitivno ako sustav apsorbira toplinu iz vanjskog okruženja;
P - bit će negativan ako sustav daje toplinu vanjskoj okolini;
τ – pozitivno će biti ako se sustav proširi, radeći na vanjskom okruženju;
τ – bit će negativno ako se sustav ugovara, primajući posao iz vanjskog okruženja.
unutarnja varijacija energije
Pojam ΔU odnosi se na promjenu energije koja se pripisuje kinetička energija sastavnih čestica sustava, u slučaju idealnog plina, može se reći da je ΔU ekvivalent:
Ne - broj molova (mol)
R - univerzalna konstanta idealnih plinova (0,082 atm.l / mol. K ili 8,31 J / mol. K)
T - apsolutna temperatura (kelvin)
Analizirajući formule, može se vidjeti da, ako u sustavu nema promjene temperature, njegova unutarnja energija također će ostati nepromijenjena. Nadalje, važno je reći da za termičke strojeve koji rade u ciklusima, varijacija unutarnje energije, na kraju svakog ciklusa, mora biti nula, jer se u tom trenutku motor vraća u rad s početnom temperaturom.
Izgledtakođer:Učinak toplinskih strojeva: kako se izračunava?
Toplina
Prijelazeći na sljedeći pojam Q, koji se odnosi na količinu topline prenesene u sustav, obično koristimo temeljna jednadžba kalorimetrije, prikazano ispod:
P -zagrijavanje (vapno ili J)
m - masa (g ili kg)
ç - specifična toplina (kal / gºC ili J / kg. K)
ΔT - varijacija temperature (Celzijusa ili Kelvina)
Raditi
Posljednja od veličina povezanih s Prvim zakonom termodinamike je rad (τ), koji ima a analitička formula samo za transformacije koje se događaju pod stalnim tlakom, također poznata Kao izobarne transformacije, Gledati:
Str - tlak (Pa ili atm)
ΔV - varijacija volumena (m³ ili l)
Kada pritisak koji djeluje na sustav nije stalan, rad se može izračunati površinom grafikona tlaka u odnosu na zapreminu (P x V). Da biste saznali više o ovoj skalarnoj veličini, posjetite: raditi.
riješene vježbe
Pitanje 1)(CefetMG) Posao izveden u zatvorenom toplinskom ciklusu jednak je 100 J, a toplina uključena u izmjene topline jednaka je 1000 J, odnosno 900 J, s vrućim i hladnim izvorima.
Iz Prvog zakona termodinamike, varijacija unutarnje energije u ovom toplinskom ciklusu, u džulima, je
a) 0
b) 100
c) 800
d) 900
e) 1000
Razlučivost
Alternativa a.
Riješimo vježbu pomoću Prvog zakona termodinamike, imajte na umu:
Prema izjavi, od nas se traži da izračunamo varijaciju unutarnje energije u zatvorenom termodinamičkom ciklusu, u tom slučaju znamo da unutarnja varijacija energije mora biti nula, jer će se stroj vratiti u rad na istoj temperaturi kao na početku ciklusa.
Pitanje 2)(Upf) Uzorak idealnog plina širi se udvostručenjem volumena tijekom izobarske i adijabatske transformacije. Uzimajući u obzir da je tlak plina 5,106 Pa i njegov početni volumen 2.10-5 m³, možemo reći:
a) Toplina koju plin apsorbira tijekom postupka iznosi 25 kal.
b) Rad plina tijekom njegovog širenja iznosi 100 kal.
c) Interna varijacija energije plina je –100 J.
d) Temperatura plina ostaje konstantna.
e) Ništa od navedenog.
Razlučivost
Alternativa c.
Koristeći informacije dane u izjavi o vježbi, poslužit ćemo se prvim zakonom termodinamike kako bismo pronašli ispravnu alternativu:
Pitanje 3)(vau) Kuhinjski spremnik sadrži plin pod visokim tlakom. Kad otvorimo ovaj cilindar, primjećujemo da plin brzo odlazi u atmosferu. Kako je ovaj proces vrlo brz, možemo ga smatrati adijabatskim.
Uzimajući u obzir da je prvi zakon termodinamike dan ΔU = Q - W, gdje je ΔU promjena energije unutar plina, Q je energija prenesena u obliku topline, a W je rad plina, to je točno navesti da:
a) Tlak plina se povećao, a temperatura smanjila.
b) Rad plina bio je pozitivan, a temperatura plina se nije mijenjala.
c) Rad plina bio je pozitivan, a temperatura plina se smanjila.
d) Tlak plina se povećao, a obavljeni rad bio negativan.
Razlučivost
Alternativa c.
Jednom kada se volumen plina proširi, kažemo da je obavljeni posao bio pozitivan, odnosno da je sam plin izvodio radove na vanjskoj okolini. Nadalje, budući da se proces odvija vrlo brzo, nema vremena da plin izmjenjuje toplinu s okolinom, pa se događa sljedeće:
Prema izračunu, unutarnja energija plina smanjuje se za iznos jednak obavljenom poslu. plinom, osim toga, budući da dolazi do smanjenja unutarnje energije plina, dolazi i do smanjenja temperatura.
Pitanje 4)(Udesc) U fizikalnom laboratoriju provode se eksperimenti s plinom koji se u svrhu termodinamičke analize može smatrati idealnim plinom. Iz analize jednog od pokusa, u kojem je plin podvrgnut termodinamičkom procesu, zaključeno je da se sva toplina dovedena u plin pretvara u rad.
Označite alternativu koja predstavlja ispravno termodinamički postupak izveden u eksperimentu.
a) izovolumetrijski postupak
b) izotermni proces
c) izobarični proces
d) adijabatski proces
e) kompozitni postupak: izobarni i izovolumetrijski
Razlučivost
Alternativa b.
Da bi se sva toplina dovedena u plin pretvorila u rad, ne smije doći do apsorpcije unutarnje energije to, drugim riječima, plin treba proći izotermni proces, odnosno proces koji se odvija na temperaturi konstantno.
Napisao Rafael Hellerbrock
Učitelj fizike
