Prvi zakon termodinamike bavi se onim što je potrebno da bi se rad pretvorio u toplinu.
Temelji se na princip očuvanja energije, što je jedno od najvažnijih načela fizike.
Ovo se očuvanje energije odvija u obliku topline i rada. Omogućuje sustavu da sačuva i prenese energiju, odnosno energija se može povećavati, smanjivati ili ostati konstantna.
Prvi zakon termodinamike izražava se formulom
Q = τ + ΔU
Gdje,
P: toplina
τ: posao
U: varijacija unutarnje energije
Dakle, njegov je temelj: toplina (Q) proizlazi iz zbroja rada (τ) s varijacijom unutarnje energije (ΔU).
Također se može naći na sljedeći način:
ΔU = Q - W
Gdje,
U: varijacija unutarnje energije
P: toplina
W: posao
Temelj rezultira istim: varijacija unutarnje energije (ΔU) proizlazi iz izmjenjene topline s vanjskim medijem umanjene za izvršeni rad (W).
To znaci,
1) što se tiče topline (Q):
- Ako je toplina izmjenjena s medijem veća od 0, sustav prima toplinu.
- Ako je toplina izmjenjena s medijem manja od 0, sustav gubi toplinu.
- Ako nema izmjene topline s medijem, odnosno ako je jednaka 0, sustav niti prima niti gubi toplinu.
2) u vezi s radom (τ):
- Ako je rad veći od 0, povećava se volumen nečega izloženog toplini.
- Ako je rad manji od 0, smanjuje se volumen nečega izloženog toplini.
- Ako nema posla, odnosno ako je jednako 0, volumen nečega izloženog toplini je stalan.
3) s obzirom na varijaciju unutarnje energije (ΔU):
- Ako je unutarnja varijacija energije veća od 0, dolazi do povećanja temperature.
- Ako je unutarnja varijacija energije manja od 0, dolazi do smanjenja temperature.
- Ako nema promjene unutarnje energije, odnosno ako je jednaka 0, temperatura je konstantna.
Zaključeno je da se temperatura može povećati toplinom ili radom.
Primjer
Zagrijavanje plinova uzrokuje pokretanje strojeva, odnosno, na primjer, izvođenje radova u postrojenju.
To se događa na sljedeći način: plinovi prenose energiju unutar strojeva, što uzrokuje njihovo povećanje volumena i odatle aktiviraju mehanizme strojeva. Kada se aktiviraju, mehanizmi počinju raditi.
Pročitajte i vi
- Termodinamika
- Carnotov ciklus
- Hessov zakon
Zakoni termodinamike
Zakoni termodinamike su četiri. Uz prvu, s kojom imamo posla, tu su:
- Nulti zakon termodinamike - bavi se uvjetima za postizanje toplinske ravnoteže;
- Drugi zakon termodinamike - bavi se prijenosom toplinske energije;
- Treći zakon termodinamike - bavi se ponašanjem materije s entropijom blizu nule.
Vježbe
1. (Ufla-MG) U reverzibilnoj plinovitoj transformaciji, varijacija unutarnje energije je + 300 J. Došlo je do kompresije i rad tlaka plina u modulu iznosi 200 J. Dakle, istina je da plin
a) dao je 500 J topline mediju
b) mediju je dao 100 J topline
c) dobio 500 J topline iz medija
d) dobio 100 J topline iz medija
e) pretrpjela adijabatsku transformaciju
Alternativa d: primilo je 100 J topline iz sredine
Vidi i ti: Vježbe iz termodinamike
2. (MACKENZIE-SP) Držeći uski otvor u ustima, odmah snažno puhnite rukom! Vidjelo je? Proizveli ste adijabatsku transformaciju! U njemu je zrak koji ste izbacili pretrpio nasilno širenje, tijekom kojeg:
a) obavljeni rad odgovarao je smanjenju unutarnje energije ovog zraka, jer nije bilo izmjene topline s vanjskim okolišem;
b) izvedeni rad odgovarao je povećanju unutarnje energije ovog zraka, jer nije bilo izmjene topline s vanjskim okolišem;
c) izvedeni rad odgovarao je povećanju količine topline koju ovaj zrak izmjenjuje s medijem, jer nije bilo promjena u njegovoj unutarnjoj energiji;
d) nije izvršen nikakav posao, jer zrak nije apsorbirao toplinu iz okoliša i nije pretrpio nikakve promjene u unutarnjoj energiji;
e) nije izveden nikakav posao, jer zrak nije dovodio toplinu do medija i nije pretrpio nikakve promjene u unutarnjoj energiji.
Alternativa a: Izvedeni rad odgovarao je smanjenju unutarnje energije ovog zraka, jer nema izmjene topline s vanjskim okolišem.
Vidi i ti: adijabatska transformacija
