A ElsőTörvényadTermodinamika a elvadMegőrzésadenergia termodinamikai rendszerekhez. E törvény szerint a variáció belső energia egy termodinamikai rendszer különbsége a mennyisége között hő felszívja a rendszer és az általa elvégzett munka.
Nézis:A termológia alapfogalmai és összefoglalása
Mi a termodinamika első törvénye?
A termodinamika első törvénye az energiamegtakarítás elvének közvetlen következménye. Ezen elv szerint egy rendszer teljes energiájamindig állandó marad, mivel nem veszett el, hanem átalakult.
Keretein belül Termodinamika, használt konkrétabb fogalmak és kevésbé általános, mint az energiatakarékosság elvében. A termodinamika első törvényében olyan fogalmakat használunk, mint a energiabelső,hő és munka, amelyek relevánsak a Termikus gépek (a termodinamika szempontjából alapvető fontosságú technológiai alkalmazások).
Képzeljünk el egy gőzüzemű gépet, amikor a gép munkafolyamata (vízgőz) külső forrásból kap hőt, két energiaátalakítás lehetséges: a gőznek sajátja lehet
hőfok néhány fokkal nőtt, vagy akár kiterjed és mozgassa annak a gépnek a dugattyúit, ezzel végrehajtva bizonyos mennyiségű munka."A termodinamikai rendszer belső energiájának változása megfelel az általa elnyelt hőmennyiség és a rendszer által végzett munka mennyiségének különbségének."
A termodinamika első törvényének képlete
Az alábbiakban bemutatjuk a termodinamika első törvényének matematikai leírására használt képletet:
U - belső energiaváltozás (cal vagy J)
Q - hő (mész vagy J)
τ - munka (mész vagy J)
Ennek a képletnek a használatához figyelnünk kell néhány jelszabályra:
ΔU - pozitív lesz, ha a rendszer hőmérséklete megnő;
ΔU - negatív lesz, ha a rendszer hőmérséklete csökken;
Q - pozitív lesz, ha a rendszer elnyeli a hőt a külső környezetből;
Q - negatív lesz, ha a rendszer hőt ad a külső környezetnek;
τ – pozitív lesz, ha a rendszer kibővül, és munkát végez a külső környezeten;
τ – negatív lesz, ha a rendszer összehúzódik, és a külső környezettől kap munkát.
belső energiaváltozás
A ΔU kifejezés az energiának tulajdonított energiaváltozásra utal kinetikus energia a rendszer alkotó részecskéi közül ideális gáz esetén elmondható, hogy ΔU egyenértékű:
nem - anyajegyek száma (mol)
R - az ideális gázok univerzális állandója (0,082 atm.l / mol. K vagy 8,31 J / mol. K)
T - abszolút hőmérséklet (kelvin)
A képleteket elemezve látható, hogy ha a rendszerben nincs hőmérsékletváltozás, annak belső energia szintén változatlan marad. Fontos továbbá elmondani, hogy a ciklusban működő hőgépeknél a belső energia változásának minden ciklus végén nullának kell lennie, mert ezen a ponton a motor visszatér a kezdeti hőmérséklet mellett.
Nézis:Hőgépek teljesítménye: hogyan számítják ki?
Hő
Továbblépve a következő kifejezéshez, Q, amely a rendszerbe továbbított hőmennyiségre utal, általában a a kalorimetria alapvető egyenlete, lásd lent:
Q -hő (mész vagy J)
m - tömeg (g vagy kg)
ç - fajlagos hő (cal / gºC vagy J / kg). K)
ΔT - hőmérséklet-változás (celsius vagy kelvin)
Munka
A termodinamika első törvényéhez kapcsolódó mennyiségek közül az utolsó a munka (τ), amelynek a analitikai képlet csak állandó nyomás alatt bekövetkező transzformációkra, szintén ismert mint izobár transzformációk, néz:
P - nyomás (Pa vagy atm)
ΔV - térfogatváltozás (m³ vagy l)
Ha a rendszerre gyakorolt nyomás nem állandó, a munkát kiszámíthatjuk a nyomás és a térfogat (P x V) grafikon területe alapján. Ha többet szeretne megtudni erről a skalár nagyságról, látogasson el ide: munka.
megoldott gyakorlatok
1. kérdés)(CefetMG) A zárt termikus ciklusban végzett munka egyenlő 100 J-val, a hőcserékben részt vevő hő pedig 1000 J-vel, illetve 900 J-val egyenlő, meleg és hideg források mellett.
A termodinamika első törvényétől kezdve a belső energia variációja ebben a termikus ciklusban, joule-ban megegyezik
a) 0
b) 100
c) 800
d) 900
e) 1000
Felbontás
Alternatív a.
Oldjuk meg a gyakorlatot a termodinamika első törvényének felhasználásával, jegyezzük meg:
A nyilatkozat szerint arra kérünk, hogy számítsuk ki a belső energia változását egy zárt termodinamikai ciklusban, amely esetben tudjuk, hogy a a belső energiaváltozásnak nulla kell lennie, mivel a gép ugyanazon a hőmérsékleten áll vissza, mint a ciklus elején.
2. kérdés)(Upf) Az ideális gáz mintája az izobáros és az adiabatikus transzformáció során megnő a térfogata. Figyelembe véve, hogy a gáz által tapasztalt nyomás 5.106 Pa és kezdeti térfogata 2.10-5 m³, azt mondhatjuk:
a) A folyamat során a gáz által elnyelt hő 25 kal.
b) A gáz tágulása során végzett munka 100 kal.
c) A gáz belső energiaváltozása –100 J.
d) A gáz hőmérséklete állandó marad.
e) A fentiek egyike sem.
Felbontás
Alternatív c.
A gyakorlatban megadott információk felhasználásával a termodinamika első törvényét használjuk a helyes alternatíva megtalálásához:
3. kérdés(Azta) A főzőtartály nagynyomású gázt tartalmaz. Amikor kinyitjuk ezt a palackot, észrevesszük, hogy a gáz gyorsan eljut a légkörbe. Mivel ez a folyamat nagyon gyors, adiabatikus folyamatnak tekinthetjük.
Figyelembe véve, hogy a termodinamika első törvényét ΔU = Q - W adja meg, ahol ΔU az energia változása a gáz belsejében Q a hő formájában átvitt energia és W a gáz által végzett munka, ez helyes állítsa, hogy:
a) A gáznyomás nőtt és a hőmérséklet csökkent.
b) A gáz által végzett munka pozitív volt, és a gáz hőmérséklete nem változott.
c) A gáz által végzett munka pozitív volt, és a gáz hőmérséklete csökkent.
d) A gáznyomás nőtt, és az elvégzett munka negatív volt.
Felbontás
Alternatív c.
Amint a gázmennyiség bővül, azt mondjuk, hogy az elvégzett munka pozitív volt, vagyis maga a gáz végzett munkát a külső környezeten. Továbbá, mivel a folyamat nagyon gyorsan megy végbe, nincs ideje a gáznak a környezettel való hőcserére, így a következő történik:
A számítás szerint a gáz belső energiája az elvégzett munkával megegyező mértékben csökken a gáz által, ráadásul, mivel csökken a gáz belső energiája, csökken hőfok.
4. kérdés(Udesc) Fizikai laboratóriumban olyan gázzal végeznek kísérleteket, amely termodinamikai elemzés céljából ideális gáznak tekinthető. Az egyik kísérlet elemzéséből, amelyben a gázt termodinamikai folyamatnak vetették alá, arra a következtetésre jutottak, hogy a gázba juttatott teljes hő munkává alakult át.
Ellenőrizze az alternatívát helyesen a kísérlet során végzett termodinamikai folyamat.
a) izovolumetrikus folyamat
b) izoterm folyamat
c) izobár folyamat
d) adiabatikus folyamat
e) összetett eljárás: izobár és izovolumetrikus
Felbontás
Alternatíva b.
Ahhoz, hogy a gázba juttatott összes hő munkává alakuljon át, a belső energiának nem szabad abszorbeálódnia más szóval, a gáznak izoterm folyamaton kell keresztülmennie, vagyis olyan hőmérsékleten zajló folyamaton kell átmennie állandó.
Rafael Hellerbrock
Fizikatanár
Forrás: Brazil iskola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/primeira-lei-da-termodinamica.htm