La prima legge della termodinamica si occupa di ciò che serve per trasformare il lavoro in calore.
Si basa sul principio di conservazione dell'energia, che è uno dei principi più importanti della fisica.
Questa conservazione dell'energia avviene sotto forma di calore e lavoro. Consente a un sistema di conservare e trasferire energia, ovvero l'energia può aumentare, diminuire o rimanere costante.
La prima legge della termodinamica è espressa dalla formula
Q = + ΔU
Dove,
Q: calore
τ: lavoro
tu: variazione di energia interna
Quindi, il suo fondamento è: il calore (Q) risulta dalla somma del lavoro (τ) al variare dell'energia interna (ΔU).
Si può trovare anche come segue:
U = Q - W
Dove,
tu: variazione di energia interna
Q: calore
W: lavoro
La fondazione risulta nello stesso: la variazione dell'energia interna (ΔU) risulta dal calore scambiato con il mezzo esterno meno il lavoro (W) svolto.
Questo significa,
1) come per il calore (Q):
- Se il calore scambiato con il fluido è maggiore di 0, il sistema riceve calore.
- Se il calore scambiato con il fluido è inferiore a 0, il sistema perde calore.
- Se non c'è scambio termico con il mezzo, cioè se è uguale a 0, il sistema non riceve né perde calore.
2) per quanto riguarda il lavoro (τ):
- Se il lavoro è maggiore di 0, il volume di qualcosa esposto al calore viene espanso.
- Se il lavoro è inferiore a 0, il volume di qualcosa esposto al calore si riduce.
- Se non c'è lavoro, cioè se è uguale a 0, il volume di qualcosa esposto al calore è costante.
3) per quanto riguarda la variazione dell'energia interna (ΔU):
- Se la variazione di energia interna è maggiore di 0, si ha un aumento della temperatura.
- Se la variazione di energia interna è inferiore a 0, si ha una diminuzione della temperatura.
- Se non c'è variazione di energia interna, cioè se è uguale a 0, la temperatura è costante.
Si conclude che la temperatura può essere aumentata con il calore o con il lavoro.
Esempio
Il riscaldamento dei gas provoca l'avviamento delle macchine, ovvero l'esecuzione di lavori in un impianto, ad esempio.
Ciò avviene nel modo seguente: i gas trasferiscono energia all'interno delle macchine, che le fa aumentare di volume e da lì attivare i meccanismi delle macchine. Quando vengono attivati, i meccanismi iniziano a funzionare.
Leggi anche tu
- Termodinamica
- Ciclo di Carnot
- Legge di Hess
Leggi della Termodinamica
Le leggi della termodinamica sono quattro. Oltre al primo, di cui ci occupiamo, vi sono:
- Legge zero della termodinamica - si occupa delle condizioni per ottenere l'equilibrio termico;
- Seconda Legge della Termodinamica - si occupa del trasferimento di energia termica;
- Terza Legge della Termodinamica - si occupa del comportamento della materia con entropia prossima allo zero.
Esercizi
1. (Ufla-MG) In una trasformazione gassosa reversibile, la variazione dell'energia interna è + 300 J. C'è stata compressione e il lavoro svolto dalla pressione del gas è, in modulo, di 200 J. Quindi è vero quel gas
a) ha dato 500 J di calore al mezzo
b) ha dato 100 J di calore al mezzo
c) ha ricevuto 500 J di calore dal mezzo
d) ha ricevuto 100 J di calore dal mezzo
e) ha subito una trasformazione adiabatica
Alternativa d: ricevuto 100 J di calore dal centro
Vedi anche: Esercizi di Termodinamica
2. (MACKENZIE-SP) Mantenendo una stretta apertura in bocca, soffia vigorosamente la mano ora! Ha visto? Hai prodotto una trasformazione adiabatica! In essa, l'aria da voi espulsa subì una violenta espansione, durante la quale:
a) il lavoro svolto corrispondeva alla diminuzione dell'energia interna di tale aria, non essendoci scambio termico con l'ambiente esterno;
b) il lavoro svolto corrispondeva all'aumento dell'energia interna di tale aria, non essendoci scambio termico con l'ambiente esterno;
c) il lavoro svolto corrispondeva all'aumento della quantità di calore scambiata da quest'aria con il mezzo, non essendoci variazione della sua energia interna;
d) non sono stati eseguiti lavori, in quanto l'aria non assorbe calore dall'ambiente e non subisce alcuna variazione di energia interna;
e) non è stato eseguito alcun lavoro, in quanto l'aria non ha ceduto calore al mezzo e non ha subito alcuna variazione di energia interna.
Alternativa a: il lavoro svolto ha corrisposto alla riduzione dell'energia interna di quest'aria, non essendoci scambio termico con l'ambiente esterno.
Vedi anche: trasformazione adiabatica
