A termodinamika első törvénye foglalkozik azzal, hogy mi szükséges ahhoz, hogy a munka hővé alakuljon.
Alapja a az energiatakarékosság elve, amely a fizika egyik legfontosabb alapelve.
Ez az energiatakarékosság hő és munka formájában valósul meg. Lehetővé teszi a rendszer számára az energia megőrzését és átadását, vagyis az energia növekedhet, csökkenhet vagy állandó maradhat.
A termodinamika első törvényét a képlet fejezi ki
Q = τ + ΔU
Hol,
Q: hő
τ: munka
U: a belső energia változása
Alapja tehát: a hő (Q) a belső energia (ΔU) változásával végzett munka (τ) összegéből adódik.
Megtalálható a következőképpen is:
ΔU = Q - W
Hol,
U: a belső energia változása
Q: hő
W: munka
Az alapozás ugyanezt eredményezi: a belső energia (ΔU) változása a külső közeggel kicserélt hő mínusz az elvégzett munkával (W).
Azt jelenti,
1) a hő (Q) szempontjából:
- Ha a közeggel kicserélt hő nagyobb, mint 0, akkor a rendszer hőt kap.
- Ha a közeggel kicserélt hő kevesebb, mint 0, a rendszer elveszíti a hőt.
- Ha nincs hőcsere a közeggel, vagyis ha 0-val egyenlő, akkor a rendszer nem fogad és nem vesz el hőt.
2) a munkával kapcsolatban (τ):
- Ha a munka nagyobb, mint 0, akkor a hőnek kitett dolog térfogata megnő.
- Ha a munka kevesebb, mint 0, akkor a hőnek kitett anyag mennyisége csökken.
- Ha nincs munka, vagyis ha 0-val egyenlő, akkor a hőnek kitett valami térfogata állandó.
3) a belső energia (ΔU) változása tekintetében:
- Ha a belső energiaváltozás nagyobb, mint 0, akkor a hőmérséklet emelkedik.
- Ha a belső energiaváltozás 0-nál kisebb, akkor csökken a hőmérséklet.
- Ha a belső energiában nincs változás, vagyis ha 0-val egyenlő, akkor a hőmérséklet állandó.
Arra a következtetésre jutottak, hogy a hőmérséklet hővel vagy munkával növelhető.
Példa
A gázok felmelegedése miatt a gépek beindulnak, vagyis például egy üzemben végeznek munkát.
Ez a következő módon történik: a gázok energiát szállítanak a gépek belsejébe, emiatt növekednek a térfogataik, és onnan aktiválják a gépek mechanizmusait. Aktiválásakor a mechanizmusok működni kezdenek.
Olvasd el te is
- Termodinamika
- Carnot ciklus
- Hess-törvény
A termodinamika törvényei
A termodinamika törvényei négy. Az elsővel, amellyel foglalkozunk, vannak:
- A termodinamika nulla törvénye - foglalkozik a hőegyensúly elérésének feltételeivel;
- A termodinamika második törvénye - foglalkozik a hőenergia átadásával;
- A termodinamika harmadik törvénye - az anyag viselkedésével nullához közeli entrópiával foglalkozik.
Feladatok
1. (Ufla-MG) Reverzibilis gázalakú átalakulás esetén a belső energia változása + 300 J. Sűrítés történt, és a gáz nyomásával végzett munka modulban 200 J. Tehát igaz, hogy ez a gáz
a) 500 J hőt adott a közeghez
b) 100 J hőt adott a közeghez
c) 500 J hőt kapott a közegből
d) 100 J hőt kapott a közegből
e) adiabatikus átalakuláson ment keresztül
D alternatíva: 100 J hőt kapott középen
Lásd még: Gyakorlatok a termodinamikáról
2. (MACKENZIE-SP) Tartson egy keskeny nyílást a szájában, most fújja erőteljesen a kezét! Látta? Adiabatikus átalakulást produkáltál! Ebben az általad elűzött levegő erőszakos terjeszkedésen ment keresztül, amelynek során:
a) az elvégzett munka megfelelt ennek a levegőnek a belső energiájának csökkenésével, mivel nem zajlott hőcsere a külső környezettel;
b) az elvégzett munka megfelelt ennek a levegőnek a belső energiájának növekedésével, mivel a külső környezettel nem történt hőcsere;
c) az elvégzett munka megfelelt ennek a levegőnek a közeggel kicserélt hőmennyiségének növekedésével, mivel a belső energiában nem volt változás.
d) nem végeztek munkát, mivel a levegő nem szívta fel a környezeti hőt, és nem szenvedett változást a belső energiában;
e) nem végeztek munkát, mivel a levegő nem adott hőt a közegnek, és nem szenvedett változást a belső energiában.
A) alternatíva: az elvégzett munka megfelelt ennek a levegőnek a belső energiájának csökkentésével, mivel a külső környezettel nincs hőcsere.
Lásd még: adiabatikus transzformáció
