Pierwsza zasada termodynamiki dotyczy tego, czego potrzeba, aby praca zamieniła się w ciepło.
Opiera się na zasada zachowania energii energy, która jest jedną z najważniejszych zasad fizyki.
Ta oszczędność energii odbywa się w postaci ciepła i pracy. Umożliwia systemowi oszczędzanie i przekazywanie energii, to znaczy energia może wzrastać, zmniejszać się lub pozostawać na stałym poziomie.
Pierwsza zasada termodynamiki jest wyrażona wzorem
Q = τ + ΔU
Gdzie,
Q: ciepło
τ: praca
U: zmienność energii wewnętrznej
Zatem jego podstawą jest: ciepło (Q) wynika z sumy pracy (τ) przy zmienności energii wewnętrznej (ΔU).
Można go również znaleźć w następujący sposób:
ΔU = Q - W
Gdzie,
U: zmienność energii wewnętrznej
Q: ciepło
W: praca
Posadowienie daje to samo: zmiana energii wewnętrznej (ΔU) wynika z wymiany ciepła z czynnikiem zewnętrznym pomniejszonej o wykonaną pracę (W).
To znaczy,
1) jak dla ciepła (Q):
- Jeżeli ciepło wymieniane z medium jest większe niż 0, system otrzymuje ciepło.
- Jeżeli ciepło wymieniane z medium jest mniejsze niż 0, system traci ciepło.
- Jeśli nie ma wymiany ciepła z medium, czyli jeśli jest równe 0, system nie odbiera ani nie traci ciepła.
2) dotyczące pracy (τ):
- Jeśli praca jest większa niż 0, objętość przedmiotu wystawionego na działanie ciepła ulega rozszerzeniu.
- Jeśli praca jest mniejsza niż 0, objętość przedmiotu wystawionego na działanie ciepła jest zmniejszona.
- Jeśli nie ma pracy, to znaczy, jeśli jest równe 0, objętość czegoś wystawionego na działanie ciepła jest stała.
3) odnośnie zmienności energii wewnętrznej (ΔU):
- Jeśli wewnętrzna zmienność energii jest większa niż 0, następuje wzrost temperatury.
- Jeżeli zmienność energii wewnętrznej jest mniejsza niż 0, następuje spadek temperatury.
- Jeśli nie ma zmiany energii wewnętrznej, to znaczy, jeśli jest równa 0, temperatura jest stała.
Wnioskuje się, że temperaturę można zwiększyć za pomocą ciepła lub pracy.
Przykład
Podgrzanie gazów powoduje rozruch maszyn, czyli wykonywanie pracy np. w zakładzie.
Dzieje się to w następujący sposób: gazy przenoszą energię wewnątrz maszyn, co powoduje ich zwiększenie objętości i stamtąd uruchamianie mechanizmów maszyn. Po aktywacji mechanizmy zaczynają działać.
Przeczytaj też
- Termodynamika
- Cykl Carnota
- Prawo Hessa
Prawa termodynamiki
Prawa termodynamiki są cztery. Oprócz tego pierwszego, z którym mamy do czynienia, są:
- Zero Prawo Termodynamiki - zajmuje się warunkami uzyskania równowagi termicznej;
- Druga zasada termodynamiki - zajmuje się transferem energii cieplnej;
- Trzecie Prawo Termodynamiki - zajmuje się zachowaniem materii o entropii bliskiej zeru.
Ćwiczenia
1. (Ufla-MG) W odwracalnej przemianie gazowej zmienność energii wewnętrznej wynosi +300 J. Nastąpiło sprężenie, a praca wykonana przez ciśnienie gazu wynosi w module 200 J. Więc to prawda, że gaz
a) podał medium 500 J ciepła
b) podał medium 100 J ciepła
c) otrzymał 500 J ciepła z medium
d) otrzymał 100 J ciepła z medium
e) przeszedł transformację adiabatyczną
Alternatywa d: otrzymał 100 J ciepła ze środka
Zobacz też: Ćwiczenia z termodynamiki
2. (MACKENZIE-SP) Trzymając wąski otwór w ustach, wydmuchaj teraz energicznie rękę! Zobaczył? Dokonałeś adiabatycznej transformacji! W nim wyrzucone przez ciebie powietrze uległo gwałtownej ekspansji, podczas której:
a) wykonana praca odpowiadała spadkowi energii wewnętrznej tego powietrza, ponieważ nie było wymiany ciepła ze środowiskiem zewnętrznym;
b) wykonane prace odpowiadały wzrostowi energii wewnętrznej tego powietrza, ponieważ nie było wymiany ciepła ze środowiskiem zewnętrznym;
c) wykonane prace odpowiadały zwiększeniu ilości ciepła wymienianego przez to powietrze z medium, gdyż nie wystąpiła zmienność jego energii wewnętrznej;
d) nie prowadzono prac, ponieważ powietrze nie pochłaniało ciepła z otoczenia i nie podlegało żadnym wahaniom energii wewnętrznej;
e) nie prowadzono prac, ponieważ powietrze nie oddało ciepła do ośrodka i nie podlegało żadnej zmianie energii wewnętrznej.
Alternatywa a: przeprowadzone prace odpowiadały zmniejszeniu energii wewnętrznej tego powietrza, ponieważ nie ma wymiany ciepła ze środowiskiem zewnętrznym.
Zobacz też: transformacja adiabatyczna
