DE FørstLovgirTermodynamikk er en applikasjon av prinsippgirbevaringgirenergi for termodynamiske systemer. I følge denne loven er variasjonen av indre energi av et termodynamisk system er forskjellen mellom mengden av varme absorbert av systemet og arbeidet som gjøres av det.
Seogså:Grunnleggende konsepter og sammendrag av termologi
Hva er den første loven om termodynamikk?
Den første loven om termodynamikk er en direkte konsekvens av prinsippet om energibesparelse. I henhold til dette prinsippet, den totale energien til et systemforblir alltid konstant, siden hun ikke er tapt, men forvandlet.
Innenfor rammen av Termodynamikk, er brukt mer spesifikke forestillinger og mindre generiske enn de som brukes i prinsippet om energibesparelse. I den første loven om termodynamikk bruker vi begreper som energiinnvendig,varme og arbeid, som er relevante for omfanget av Termiske maskiner (teknologiske anvendelser av grunnleggende betydning for termodynamikk).
Tenk deg en dampdrevet maskin, når arbeidsfluidet til den maskinen (vanndamp) mottar varme fra en ekstern kilde, er to energiomdannelser mulig: damp kan ha sin egen temperatur økt med noen få grader eller, til og med, det kan utvide og flytt stemplene til maskinen, og utfør dermed en viss mengde arbeid.
"Variasjonen i den indre energien til et termodynamisk system tilsvarer forskjellen mellom mengden varme som absorberes av det og mengden arbeid som dette systemet utfører."
Formel for den første loven om termodynamikk
Formelen som brukes til å matematisk beskrive den første loven om termodynamikk, er vist nedenfor:
U - intern energivariasjon (cal eller J)
Spørsmål - varme (kalk eller J)
τ - arbeid (kalk eller J)
For å bruke denne formelen, må vi ta hensyn til noen signalregler:
ΔU - vil være positivt hvis systemtemperaturen øker;
ΔU - vil være negativ hvis systemtemperaturen synker;
Spørsmål - vil være positivt hvis systemet absorberer varme fra det ytre miljøet;
Spørsmål - det vil være negativt hvis systemet gir varme til det ytre miljøet;
τ – det vil være positivt hvis systemet utvides, og utfører arbeid med det ytre miljøet;
τ – det vil være negativt hvis systemet trekker seg sammen og mottar arbeid fra det eksterne miljøet.
intern energivariasjon
Uttrykket ΔU refererer til den energiendringen som tilskrives kinetisk energi av systemets bestanddeler, i tilfelle en ideell gass, kan det sies at ΔU tilsvarer:
Nei - antall mol (mol)
R - universell konstant av ideelle gasser (0,082 atm.l / mol. K eller 8,31 J / mol. K)
T - absolutt temperatur (kelvin)
Ved å analysere formlene kan det sees at hvis det ikke er noen temperaturendring i systemet, er det indre energi vil også forbli uendret. Videre er det viktig å si at for termiske maskiner, som fungerer i sykluser, variasjonen av den indre energien, på slutten av hver syklus, må være null, fordi på det tidspunktet går motoren tilbake til starttemperaturen.
Seogså:Ytelsen til termiske maskiner: hvordan beregnes den?
Varme
Når vi går videre til neste periode, Q, som refererer til mengden varme som overføres til systemet, bruker vi vanligvis grunnleggende ligning av kalorimetri, Vist under:
Spørsmål -varme (kalk eller J)
m - masse (g eller kg)
ç - spesifikk varme (cal / gºC eller J / kg. K)
AT - temperaturvariasjon (celsius eller kelvin)
Arbeid
Den siste av mengdene knyttet til den første loven om termodynamikk er arbeid (τ), som har en analytisk formel bare for transformasjoner som skjer under konstant trykk, også kjent som isobariske transformasjoner, se:
P - trykk (Pa eller atm)
AV - volumvariasjon (m³ eller l)
Når trykket som utøves på systemet ikke er konstant, kan arbeidet beregnes av arealet i grafen over trykk versus volum (P x V). For å lære mer om denne skalære størrelsen, besøk: arbeid.
løste øvelser
Spørsmål 1)(CefetMG) Arbeidet utført i en lukket termisk syklus er lik 100 J, og varmen som er involvert i varmevekslinger er lik henholdsvis 1000 J og 900 J med varme og kalde kilder.
Fra termodynamikkens første lov er variasjonen av den indre energien i denne termiske syklusen i joule
a) 0
b) 100
c) 800
d) 900
e) 1000
Vedtak
Alternativ a.
La oss løse øvelsen ved hjelp av den første loven om termodynamikk, merk:
I følge uttalelsen blir vi bedt om å beregne variasjonen av intern energi i en lukket termodynamisk syklus, i så fall vet vi at den interne energivariasjonen må være null, siden maskinen vil gå tilbake til å fungere ved samme temperatur som den var i begynnelsen av syklusen.
Spørsmål 2)(UPF) En prøve av en ideell gass utvides ved å doble volumet under en isobarisk og adiabatisk transformasjon. Tatt i betraktning at trykket som gassen opplever er 5.106 Pa og dets opprinnelige volum 2.10-5 m³, kan vi si:
a) Varmen absorbert av gassen under prosessen er 25 kal.
b) Gassens arbeid under utvidelsen er 100 kal.
c) Den indre energivariasjonen til gassen er –100 J.
d) Gass temperaturen forblir konstant.
e) Ingen av de ovennevnte.
Vedtak
Alternativ c.
Ved å bruke informasjon gitt i øvelseserklæringen, vil vi bruke den første loven om termodynamikk for å finne det riktige alternativet:
Spørsmål 3)(wow) En kjøkkenbeholder inneholder høytrykksgass. Når vi åpner denne sylinderen, merker vi at gassen raskt slipper ut i atmosfæren. Siden denne prosessen er veldig rask, kan vi betrakte den som en adiabatisk prosess.
Tatt i betraktning at den første loven om termodynamikk er gitt av ΔU = Q - W, hvor ΔU er endringen i energi inne i gassen er Q energien som overføres i form av varme og W er arbeidet som gjøres av gassen, dette er riktig oppgi at:
a) Gastrykket økte og temperaturen ble redusert.
b) Arbeidet med gassen var positivt og gasstemperaturen endret seg ikke.
c) Arbeidet med gassen var positivt og gasstemperaturen sank.
d) Gasstrykket økte og arbeidet som ble utført var negativt.
Vedtak
Alternativ c.
Når gassvolumet utvides, sier vi at arbeidet som ble utført var positivt, det vil si gassen selv utførte arbeid på det ytre miljøet. Videre, siden prosessen skjer veldig raskt, er det ikke tid for gassen å utveksle varme med omgivelsene, så følgende skjer:
I følge beregningen reduseres den interne energien til gassen med en mengde som tilsvarer arbeidet som er utført av gassen, i tillegg, siden det er en reduksjon i gassens indre energi, er det også en reduksjon i temperatur.
Spørsmål 4)(Udesc) I et fysikklaboratorium utføres eksperimenter med en gass som for termodynamiske analyseformål kan betraktes som en ideell gass. Fra analysen av et av eksperimentene, der gassen ble utsatt for en termodynamisk prosess, ble det konkludert med at all varmen som ble gitt til gassen ble omgjort til arbeid.
Sjekk alternativet som representerer riktig den termodynamiske prosessen som ble utført i eksperimentet.
a) isovolumetrisk prosess
b) isotermisk prosess
c) isobarisk prosess
d) adiabatisk prosess
e) sammensatt prosess: isobar og isovolumetrisk
Vedtak
Alternativ b.
For at all varmen som tilføres en gass skal konverteres til arbeid, må det ikke være absorpsjon av indre energi det, med andre ord, trenger gassen å gå gjennom en isoterm prosess, det vil si en prosess som foregår ved temperatur konstant.
Av Rafael Hellerbrock
Fysikklærer
Kilde: Brasilskolen - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/primeira-lei-da-termodinamica.htm
