PirmasTeisėduodaTermodinamika yra principasduodaišsaugojimasduodaenergijos termodinaminėms sistemoms. Pagal šį įstatymą, vidinė energija termodinaminės sistemos vertė yra lygi skirtumui tarp šilumos absorbuojamas sistemos ir jos atlikto darbo.
Pažiūrėktaip pat:Pagrindinės termologijos sąvokos ir santrauka
Koks yra pirmasis termodinamikos dėsnis?
Pirmasis termodinamikos dėsnis yra tiesioginė energijos taupymo principo pasekmė. Pagal šį principą visos sistemos energijosvisada išlieka pastovus, nes ji nėra pasimetusi, bet transformuota.
Pagal Termodinamika, yra naudojami konkretesnės sąvokos ir mažiau bendri nei naudojami energijos taupymo principu. Pirmajame termodinamikos dėsnyje mes naudojame tokias sąvokas kaip energijosvidinis,šilumos ir darbas, kurie yra susiję su Šiluminės mašinos (esminiai termodinamikai svarbūs technologiniai pritaikymai).
Įsivaizduokite mašiną, veikiančią garais, kai tos mašinos darbinis skystis (vandens garai) gauna šilumą iš išorinio šaltinio, galimi du energijos virsmai: garai gali turėti savo
temperatūra padidėjo keliais laipsniais arba netgi gali plėstis ir judinkite tos mašinos stūmoklius, taip atlikdami tam tikrą kiekį darbas."Termodinaminės sistemos vidinės energijos kitimas atitinka skirtumą tarp jos absorbuoto šilumos kiekio ir šios sistemos atliekamo darbo kiekio."
Pirmojo termodinamikos dėsnio formulė
Žemiau parodyta formulė, naudojama matematiškai apibūdinti pirmąjį termodinamikos dėsnį:
U - vidinis energijos pokytis (cal arba J)
Klausimas - šiluma (kalkės arba J)
τ - darbas (kalkės arba J)
Norėdami naudoti šią formulę, turime atkreipti dėmesį į kai kurias signalo taisykles:
ΔU - bus teigiamas, jei padidės sistemos temperatūra;
ΔU - bus neigiamas, jei sumažės sistemos temperatūra;
Klausimas - bus teigiamas, jei sistema absorbuos šilumą iš išorinės aplinkos;
Klausimas - jis bus neigiamas, jei sistema suteiks šilumos išorinei aplinkai;
τ – tai bus teigiama, jei sistema išsiplės, atlikdama išorinės aplinkos darbus;
τ – tai bus neigiama, jei sistema susitars, gaudama darbą iš išorinės aplinkos.
vidinė energijos kaita
Terminas ΔU reiškia energijos pokytį, priskiriamą kinetinė energija iš sistemos sudedamųjų dalelių, esant idealioms dujoms, galima sakyti, kad ΔU yra lygiavertis:
ne - apgamų skaičius (mol)
R - universali idealiųjų dujų konstanta (0,082 atm.l / mol. K arba 8,31 J / mol. K)
T - absoliuti temperatūra (kelvinas)
Analizuojant formules galima pastebėti, kad jei sistemoje nėra temperatūros pokyčio, tai vidinė energija taip pat liks nepakitęs. Be to, svarbu pasakyti, kad šiluminėms mašinoms, kurios veikia ciklais, vidinės energijos kitimas kiekvieno ciklo pabaigoje turi būti nulinis, nes tuo metu variklis vėl pradeda veikti pradine temperatūra.
Pažiūrėktaip pat:Šiluminių mašinų našumas: kaip ji apskaičiuojama?
Šiluma
Pereinant prie kito termino Q, kuris nurodo į sistemą perduoto šilumos kiekį, mes paprastai naudojame pagrindinė kalorimetrijos lygtis, nurodyta apačioje:
Klausimas - šiluma (kalkės arba J)
m - masė (g arba kg)
ç - savitoji šiluma (cal / gºC arba J / kg. K)
ΔT - temperatūros kitimas (Celsijaus arba Kelvino)
Darbas
Paskutinis iš dydžių, susijusių su Pirmuoju termodinamikos dėsniu, yra darbas (τ), kurio a analizės formulė tik transformacijoms, vykstančioms esant pastoviam slėgiui, taip pat žinoma Kaip izobarinės transformacijos, žiūrėti:
P - slėgis (Pa arba atm)
ΔV - tūrio kitimas (m³ arba l)
Kai sistemai daromas slėgis nėra pastovus, darbą galima apskaičiuoti pagal slėgio ir tūrio grafiko plotą (P x V). Norėdami sužinoti daugiau apie šį skaliarinį dydį, apsilankykite: darbas.
sprendė pratimus
Klausimas 1)(CefetasMG) Uždarame terminiame cikle atliktas darbas yra lygus 100 J, o šiluminėse mainuose dalyvaujanti šiluma yra atitinkamai lygi 1000 J ir 900 J, naudojant karštus ir šaltus šaltinius.
Iš pirmojo termodinamikos dėsnio šio energijos ciklo vidinė energija kinta džauliais
a) 0
b) 100
c) 800
d) 900
e) 1000
Rezoliucija
Alternatyva a.
Išspręskime pratimą naudodami Pirmąjį termodinamikos dėsnį, atkreipkite dėmesį:
Pagal teiginį mūsų prašoma apskaičiuoti vidinės energijos kitimą uždarame termodinaminiame cikle, tokiu atveju mes žinome, kad vidinis energijos pokytis turi būti lygus nuliui, nes mašina vėl pradės veikti ta pačia temperatūra, kokia buvo ciklo pradžioje.
2 klausimas)(Upf) Idealių dujų mėginys išsiplečia padvigubinant jo tūrį izobarinės ir adiabatinės transformacijos metu. Atsižvelgiant į tai, kad dujų patiriamas slėgis yra 5.106 Pa ir jo pradinis tūris 2.10-5 m³, galime pasakyti:
a) Proceso metu dujų absorbuota šiluma yra 25 cal.
b) dujų išsiplėtimo metu jų darbas yra 100 kal.
c) Dujų vidinis energijos pokytis yra –100 J.
d) Dujų temperatūra išlieka pastovi.
e) Nė vienas iš aukščiau išvardytų dalykų.
Rezoliucija
C alternatyva.
Naudodami pratimo pareiškime pateiktą informaciją, naudosime Pirmąjį termodinamikos dėsnį, kad rastume teisingą alternatyvą:
3 klausimas(Oho) Virimo bakelyje yra aukšto slėgio dujų. Atidarę šį cilindrą pastebime, kad dujos greitai patenka į atmosferą. Kadangi šis procesas yra labai greitas, galime jį laikyti adiabatiniu procesu.
Atsižvelgiant į tai, kad pirmąjį termodinamikos dėsnį pateikia ΔU = Q - W, kur ΔU yra energijos pokytis dujų viduje Q yra šilumos pavidalu perduota energija, o W yra dujų atliktas darbas, tai yra teisinga nurodykite, kad:
a) Padidėjo dujų slėgis ir sumažėjo temperatūra.
b) Dujų atliktas darbas buvo teigiamas ir dujų temperatūra nepakito.
c) Dujų atliktas darbas buvo teigiamas, o dujų temperatūra sumažėjo.
d) padidėjo dujų slėgis, o atliktas darbas buvo neigiamas.
Rezoliucija
C alternatyva.
Išsiplėtus dujų kiekiui, sakome, kad atlikti darbai buvo teigiami, tai yra, pačios dujos atliko išorinės aplinkos darbus. Be to, kadangi procesas vyksta labai greitai, nėra laiko dujoms keistis šiluma su aplinka, todėl įvyksta:
Pagal skaičiavimus, dujų vidinė energija sumažėja suma, lygi atliktam darbui. be to, kadangi sumažėja dujų vidinė energija, sumažėja ir temperatūra.
4 klausimas)(Udesc) Fizikos laboratorijoje eksperimentai atliekami su dujomis, kurios termodinaminės analizės tikslais gali būti laikomos idealiomis dujomis. Išanalizavus vieną iš eksperimentų, kurio metu dujoms buvo atliktas termodinaminis procesas, padaryta išvada, kad visa į dujas tiekiama šiluma buvo paversta darbu.
Patikrinkite alternatyvą, kuri atstovauja teisingai eksperimente atliktas termodinaminis procesas.
a) izovolumetrinis procesas
b) izoterminis procesas
c) izobarinis procesas
d) adiabatinis procesas
e) sudėtinis procesas: izobarinis ir izovolumetrinis
Rezoliucija
B alternatyva.
Kad visa šiluma, tiekiama į dujas, būtų paversta darbu, neturi būti absorbuojama vidinė energija kitaip tariant, dujos turi praeiti izoterminį procesą, tai yra procesą, vykstantį temperatūroje pastovus.
Autorius Rafaelis Hellerbrockas
Fizikos mokytoja
Šaltinis: Brazilijos mokykla - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/primeira-lei-da-termodinamica.htm