THE ПервыйЗакондаетТермодинамика это приложение принципдаетсохранениедаетэнергия для термодинамических систем. Согласно этому закону, изменение внутренняя энергия термодинамической системы - это разница между количеством нагревать поглощается системой и проделанной ею работой.
Посмотритетакже:Основные понятия и краткое изложение термологии
Что такое первый закон термодинамики?
Первый закон термодинамики является прямым следствием принципа сохранения энергии. Согласно этому принципу, полная энергия системывсегда остается постоянным, поскольку она не потеряна, а преображена.
В рамках Термодинамика, используются более конкретные понятия и менее общие, чем те, которые используются в принципе энергосбережения. В Первом законе термодинамики мы используем такие понятия, как энергиявнутренний,нагревать а также Работа, которые относятся к сфере Тепловые машины (технологические приложения, имеющие фундаментальное значение для термодинамики).
Представьте себе паровую машину, когда рабочее тело этой машины (водяной пар) получает тепло от внешнего источника, возможны два преобразования энергии: пар может иметь свое собственное температура увеличивается на несколько градусов или даже может расширять и переместите поршни этой машины, выполнив тем самым определенное количество Работа.
«Изменение внутренней энергии термодинамической системы соответствует разнице между количеством поглощенного ею тепла и объемом работы, которую эта система выполняет».
Не останавливайся сейчас... После рекламы есть еще кое-что;)
Формула первого закона термодинамики.
Формула, используемая для математического описания Первого закона термодинамики, показана ниже:
U - изменение внутренней энергии (кал или Дж)
Q - тепло (лайм или Дж)
τ - работа (лайм или J)
Чтобы использовать эту формулу, нам нужно обратить внимание на некоторые правила сигналов:
ΔU - будет положительным, если температура системы повысится;
ΔU - будет отрицательным при понижении температуры системы;
Q - будет положительным, если система будет поглощать тепло из внешней среды;
Q - будет отрицательно, если система отдает тепло во внешнюю среду;
τ – будет положительно, если система будет расширяться, проводя работы по внешней среде;
τ – он будет отрицательным, если система сжимается, получая работу из внешней среды.
изменение внутренней энергии
Термин ΔU относится к изменению энергии, относящемуся к кинетическая энергия составляющих частиц системы, в случае идеального газа можно сказать, что ΔU эквивалентно:
нет - количество молей (моль)
р - универсальная постоянная идеальных газов (0,082 атмл / моль. К или 8,31 Дж / моль. K)
Т - абсолютная температура (кельвин)
Анализируя формулы, видно, что при отсутствии изменения температуры в системе ее внутренняя энергия также останется без изменений. Кроме того, важно сказать, что для термических машин, которые работают циклически, изменение внутренней энергии в конце каждого цикла должно быть нулевым, потому что в этот момент двигатель возвращается к работе с начальной температурой.
Посмотритетакже:Производительность тепловых машин: как рассчитывается?
Нагревать
Переходя к следующему термину Q, который относится к количеству тепла, передаваемого системе, мы обычно используем основное уравнение калориметрии, показано ниже:
Q -тепло (лайм или J)
м - масса (г или кг)
ç - удельная теплоемкость (кал / гºC или Дж / кг. K)
ΔT - изменение температуры (по Цельсию или Кельвину)
Работа
Последней из величин, связанных с Первым законом термодинамики, является работа (τ), которая имеет аналитическая формула только для превращений, происходящих при постоянном давлении, также известная нравиться изобарические преобразования, смотреть:
п - давление (Па или атм)
ΔV - изменение объема (м³ или л)
Когда давление, оказываемое на систему, непостоянно, работу можно рассчитать по площади графика зависимости давления от объема (P x V). Чтобы узнать больше об этой скалярной величине, посетите: Работа.
решенные упражнения
Вопрос 1)(СефетMG) Работа, выполняемая в замкнутом тепловом цикле, равна 100 Дж, а количество тепла, участвующего в теплообмене, равно 1000 Дж и 900 Дж соответственно с горячими и холодными источниками.
Согласно Первому закону термодинамики изменение внутренней энергии в этом тепловом цикле в джоулях равно
а) 0
б) 100
в) 800
г) 900
д) 1000
разрешение
Альтернатива а.
Давайте решим упражнение, используя Первый закон термодинамики, обратите внимание:
Согласно заявлению, нас просят вычислить изменение внутренней энергии в замкнутом термодинамическом цикле, и в этом случае мы знаем, что изменение внутренней энергии должно быть нулевым, поскольку машина вернется к работе при той же температуре, что и в начале цикла.
Вопрос 2)(Upf) Образец идеального газа расширяется за счет удвоения своего объема во время изобарического и адиабатического превращения. Учитывая, что давление, которое испытывает газ, составляет 5,106 Па и его начальный объем 2,10-5 м³, можно сказать:
а) Тепло, поглощаемое газом во время процесса, составляет 25 кал.
б) Работа, совершаемая газом при его расширении, составляет 100 кал.
в) Изменение внутренней энергии газа составляет –100 Дж.
г) Температура газа остается постоянной.
д) Ничего из вышеперечисленного.
разрешение
Альтернатива c.
Используя информацию, предоставленную в описании упражнения, мы воспользуемся Первым законом термодинамики, чтобы найти правильную альтернативу:
Вопрос 3)(Ух ты) Канистра на кухне содержит газ под высоким давлением. Когда мы открываем этот баллон, мы замечаем, что газ быстро уходит в атмосферу. Поскольку этот процесс очень быстрый, мы можем считать его адиабатическим.
Учитывая, что Первый закон термодинамики определяется выражением ΔU = Q - W, где ΔU - изменение энергии внутри газа Q - это энергия, передаваемая в виде тепла, а W - работа, совершаемая газом, это правильно. утверждать, что:
а) Давление газа увеличилось, а температура снизилась.
б) Работа, проделанная газом, была положительной, и температура газа не изменилась.
в) Работа, проделанная газом, была положительной, и температура газа снизилась.
г) Давление газа увеличилось, и выполненная работа была отрицательной.
разрешение
Альтернатива c.
Когда объем газа расширяется, мы говорим, что выполненная работа была положительной, то есть газ сам выполнил работу с внешней средой. Кроме того, поскольку процесс происходит очень быстро, у газа нет времени для обмена теплом с окружающей средой, поэтому происходит следующее:
Согласно расчету, внутренняя энергия газа уменьшается на величину, равную проделанной работе. газом, кроме того, поскольку происходит уменьшение внутренней энергии газа, также происходит уменьшение температура.
Вопрос 4)(Udesc) В физической лаборатории эксперименты проводятся с газом, который для целей термодинамического анализа можно считать идеальным газом. Из анализа одного из экспериментов, в котором газ подвергался термодинамическому процессу, был сделан вывод, что все тепло, подводимое к газу, было преобразовано в работу.
Отметьте альтернативу, которая представляет правильно термодинамический процесс, выполняемый в эксперименте.
а) изоволюметрический процесс
б) изотермический процесс
в) изобарический процесс
г) адиабатический процесс
д) составной процесс: изобарический и изоволюметрический
разрешение
Альтернатива b.
Чтобы все тепло, подводимое к газу, было преобразовано в работу, не должно происходить поглощения внутренней энергии газом. другими словами, газ должен пройти изотермический процесс, то есть процесс, который происходит при температуре постоянный.
Рафаэль Хеллерброк
Учитель физики
