PirmkārtLikumsdodTermodinamika ir lietojumprogramma principsdodsaglabāšanadodenerģija termodinamiskām sistēmām. Saskaņā ar šo likumu iekšējā enerģija termodinamiskās sistēmas vērtība ir starpība starp karstums absorbē sistēma un tās paveiktais darbs.
Skatiesarī:Termoloģijas pamatjēdzieni un kopsavilkums
Kāds ir pirmais termodinamikas likums?
Pirmais termodinamikas likums ir tiešas enerģijas saglabāšanas principa sekas. Saskaņā ar šo principu, sistēmas kopējā enerģijavienmēr paliek nemainīgs, jo viņa nav pazudusi, bet pārveidojusies.
Jomas darbības jomā Termodinamika, tiek izmantoti konkrētāki jēdzieni un mazāk vispārīgi nekā tie, ko izmanto enerģijas saglabāšanas principā. Pirmajā termodinamikas likumā mēs izmantojam tādus jēdzienus kā enerģijaiekšējais,karstums un darbs, kas attiecas uz Termiskās mašīnas (tehnoloģiski pamatprincipi termodinamikai).
Iedomājieties mašīnu ar tvaiku, kad šīs mašīnas darba šķidrums (ūdens tvaiki) saņem siltumu no ārēja avota, ir iespējami divi enerģijas pārveidojumi: tvaikam var būt savs
temperatūra palielinājies par dažiem grādiem vai pat var paplašināties un pārvietojiet šīs mašīnas virzuļus, tādējādi veicot noteiktu daudzumu darbs."Termodinamiskās sistēmas iekšējās enerģijas svārstības atbilst starpībai starp tās absorbētā siltuma daudzumu un darba daudzumu, ko šī sistēma veic."
Pirmā termodinamikas likuma formula
Formula, ko izmanto, lai matemātiski aprakstītu pirmo termodinamikas likumu, ir parādīta zemāk:
U - iekšējā enerģijas variācija (cal vai J)
J - siltums (kaļķi vai J)
τ - darbs (kaļķis vai J)
Lai izmantotu šo formulu, mums jāpievērš uzmanība dažiem signāla noteikumiem:
ΔU - būs pozitīvs, ja sistēmas temperatūra paaugstināsies;
ΔU - būs negatīva, ja sistēmas temperatūra pazemināsies;
J - būs pozitīvs, ja sistēma absorbēs siltumu no ārējās vides;
J - tas būs negatīvs, ja sistēma piešķir siltumu ārējai videi;
τ – tas būs pozitīvi, ja sistēma paplašināsies, veicot darbu pie ārējās vides;
τ – tas būs negatīvs, ja sistēma saraujas, saņemot darbu no ārējās vides.
iekšējā enerģijas variācija
Termins ΔU attiecas uz enerģijas izmaiņām, kas attiecināmas uz kinētiskā enerģija no sistēmas sastāvdaļām ideālas gāzes gadījumā var teikt, ka ΔU ir ekvivalents:
Nē - molu skaits (mol)
R - ideālo gāzu universālā konstante (0,082 atm.l / mol. K vai 8,31 J / mol. K)
T - absolūtā temperatūra (kelvins)
Analizējot formulas, var redzēt, ka, ja sistēmā nav temperatūras izmaiņu, tās iekšējā enerģija arī paliks nemainīgs. Turklāt ir svarīgi teikt, ka termiskām mašīnām, kas darbojas ciklos, iekšējās enerģijas svārstībām katra cikla beigās jābūt nullei, jo tajā brīdī motors atgriežas darbībā ar sākotnējo temperatūru.
Skatiesarī:Termisko mašīnu veiktspēja: kā to aprēķina?
Siltums
Pārejot uz nākamo terminu Q, kas attiecas uz siltuma daudzumu, kas nodots sistēmai, mēs parasti izmantojam kalorimetrijas pamatvienādojums, parādīts zemāk:
J -karstums (kaļķi vai J)
m - masa (g vai kg)
ç - īpatnējais siltums (cal / gºC vai J / kg. K)
ΔT - temperatūras svārstības (celsija vai kelvina)
Darbs
Pēdējais no lielumiem, kas saistīti ar pirmo termodinamikas likumu, ir darbs (τ), kuram ir a analītiskā formula tikai transformācijām, kas notiek pastāvīgā spiedienā, arī pazīstama patīk izobariskās transformācijas, skatīties:
P - spiediens (Pa vai atm)
ΔV - tilpuma izmaiņas (m³ vai l)
Kad uz sistēmu izdarītais spiediens nav nemainīgs, darbu var aprēķināt pēc spiediena grafika laukuma pret tilpumu (P x V). Lai uzzinātu vairāk par šo skalāro lielumu, apmeklējiet vietni: darbs.
atrisināti vingrinājumi
Jautājums 1)(CefetsMG) Slēgtā termiskā ciklā veiktais darbs ir vienāds ar 100 J, un siltuma apmaiņā iesaistītais siltums ir vienāds ar attiecīgi 1000 J un 900 J ar karstu un aukstu avotu.
No pirmā termodinamikas likuma iekšējās enerģijas variācijas šajā termiskajā ciklā džoulos ir
a) 0
b) 100
c) 800
d) 900
e) 1000
Izšķirtspēja
Alternatīva a.
Atrisināsim uzdevumu, izmantojot pirmo termodinamikas likumu, ņemiet vērā:
Saskaņā ar paziņojumu mums tiek lūgts aprēķināt iekšējās enerģijas variācijas slēgtā termodinamiskā ciklā, tādā gadījumā mēs zinām, ka iekšējai enerģijas variācijai jābūt nullei, jo mašīna atkal darbosies tajā pašā temperatūrā, kāda tā bija cikla sākumā.
2. jautājums)(Upf) Ideālas gāzes paraugs izobariskās un adiabātiskās transformācijas laikā palielinās, divkāršojot tā tilpumu. Ņemot vērā, ka gāzes piedzīvotais spiediens ir 5.106 Pa un tā sākotnējais tilpums 2.10-5 m³, mēs varam teikt:
a) Gāze, ko procesa laikā absorbē gāze, ir 25 kal.
b) gāzes izplešanās laikā paveiktais darbs ir 100 kal.
c) Gāzes iekšējā enerģijas variācija ir –100 J.
d) Gāzes temperatūra paliek nemainīga.
e) Neviens no iepriekš minētajiem.
Izšķirtspēja
C. Alternatīva
Izmantojot informāciju, kas sniegta uzdevuma paziņojumā, mēs izmantosim pirmo termodinamikas likumu, lai atrastu pareizo alternatīvu:
3. jautājums(wow) Virtuves tvertne satur augstspiediena gāzi. Atverot šo balonu, mēs pamanām, ka gāze ātri izplūst atmosfērā. Tā kā šis process ir ļoti ātrs, mēs to varam uzskatīt par adiabātisku procesu.
Ņemot vērā, ka pirmo termodinamikas likumu izsaka ΔU = Q - W, kur ΔU ir enerģijas izmaiņas gāzes iekšienē Q ir siltuma veidā pārnestā enerģija un W ir gāzes paveiktais darbs, tas ir pareizi paziņo, ka:
a) Gāzes spiediens palielinājās un temperatūra pazeminājās.
b) Gāzes paveiktais darbs bija pozitīvs, un gāzes temperatūra nemainījās.
c) gāzes paveiktais darbs bija pozitīvs, un gāzes temperatūra pazeminājās.
d) palielinājās gāzes spiediens, un veiktais darbs bija negatīvs.
Izšķirtspēja
C. Alternatīva
Kad gāzes tilpums palielinās, mēs sakām, ka veiktais darbs bija pozitīvs, tas ir, pati gāze veica darbu pie ārējās vides. Turklāt, tā kā process notiek ļoti ātri, gāzei nav laika siltuma apmaiņai ar apkārtni, tāpēc notiek sekojošais:
Saskaņā ar aprēķinu gāzes iekšējā enerģija samazinās par summu, kas vienāda ar paveikto darbu. turklāt, tā kā samazinās gāzes iekšējā enerģija, samazinās arī gāze temperatūra.
4. jautājums(Udesc) Fizikas laboratorijā eksperimenti tiek veikti ar gāzi, kuru termodinamiskās analīzes nolūkos var uzskatīt par ideālu gāzi. Analizējot vienu no eksperimentiem, kurā gāzi pakļāva termodinamiskam procesam, secināja, ka visa gāzei piegādātais siltums tiek pārveidots par darbu.
Atzīmējiet alternatīvu, kas pārstāv pareizi eksperimentā veiktais termodinamiskais process.
a) izovolumetriskais process
b) izotermiskais process
c) izobariskais process
d) adiabātiskais process
e) saliktais process: izobariskais un izovolumetriskais
Izšķirtspēja
Alternatīva b.
Lai visu gāzei piegādāto siltumu varētu pārveidot par darbu, iekšējā enerģija nedrīkst absorbēties citiem vārdiem sakot, gāzei ir jāiziet izotermisks process, tas ir, process, kas notiek temperatūrā nemainīgs.
Autors Rafaels Hellerbroks
Fizikas skolotājs
Avots: Brazīlijas skola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/primeira-lei-da-termodinamica.htm
