THE najprvZákondávaTermodynamika je aplikácia princípdávaochranadávaenergie pre termodynamické systémy. Podľa tohto zákona variácia vnútorná energia termodynamického systému je rozdiel medzi množstvom teplo absorbovaný systémom a prácou ním vykonanou.
Pozritiež:Základné pojmy a zhrnutie termológie
Aký je prvý zákon termodynamiky?
Prvý zákon termodynamiky je priamym dôsledkom princípu úspory energie. Podľa tejto zásady celková energia systémuvždy zostáva konštantná, pretože nie je stratená, ale transformovaná.
V rámci rozsahu Termodynamika, sa používajú konkrétnejšie pojmy a menej generické ako tie, ktoré sa používajú na princípe úspory energie. V prvom zákone termodynamiky používame pojmy ako energieinterné,teplo a práca, ktoré sú relevantné pre rozsah pôsobnosti Tepelné stroje (technologické aplikácie zásadného významu pre termodynamiku).
Predstavte si stroj na parný pohon, keď pracovná tekutina tohto stroja (vodná para) prijíma teplo z externého zdroja, sú možné dve premeny energie: para môže mať svoj vlastný
teplota zvýšil o niekoľko stupňov alebo dokonca môže rozširovať a posuňte piesty tohto stroja, čím vykonáte určité množstvo práca.„Zmeny vnútornej energie termodynamického systému zodpovedajú rozdielu medzi množstvom ním absorbovaného tepla a množstvom práce, ktorú tento systém vykonáva.“
Vzorec prvého zákona termodynamiky
Vzorec použitý na matematický opis prvého zákona termodynamiky je uvedený nižšie:
U - variácia vnútornej energie (kal alebo J)
Q - teplo (vápno alebo J)
τ - práca (vápno alebo J)
Aby sme mohli použiť tento vzorec, musíme venovať pozornosť niektorým pravidlám signálu:
ΔU - bude pozitívne, ak sa teplota systému zvýši;
ΔU - bude negatívny, ak teplota systému poklesne;
Q - bude pozitívne, ak systém absorbuje teplo z vonkajšieho prostredia;
Q - bude to negatívne, ak systém dodáva teplo vonkajšiemu prostrediu;
τ – bude pozitívne, ak sa systém rozšíri a bude pracovať na externom prostredí;
τ – to bude negatívne, ak sa systém zmršťuje a prijíma práce z externého prostredia.
variácia vnútornej energie
Pojem ΔU sa vzťahuje na zmenu energie pripísanú Kinetická energia o základných časticiach systému, v prípade ideálneho plynu sa dá povedať, že ΔU sa rovná:
č - počet mólov (mol)
R - univerzálna konštanta ideálnych plynov (0,082 atm.l / mol. K alebo 8,31 J / mol. K)
T - absolútna teplota (kelvin)
Pri analýze vzorcov je možné vidieť, že ak v systéme nedôjde k žiadnej zmene teploty, dôjde k nej vnútorná energia tiež zostanú nezmenené. Ďalej je dôležité povedať, že pre tepelné stroje, ktoré pracujú v cykloch, variácia vnútornej energie na konci každého cyklu musí byť nulová, pretože v tom okamihu sa motor vráti do prevádzky s počiatočnou teplotou.
Pozritiež:Výkon tepelných strojov: ako sa počíta?
Zahrejte
Keď prejdeme k ďalšiemu termínu, Q, ktorý sa vzťahuje na množstvo tepla preneseného do systému, zvyčajne používame základná rovnica kalorimetrie, zobrazené nižšie:
Q - teplo (vápno alebo J)
m - hmotnosť (g alebo kg)
ç - špecifické teplo (kal / g ° C alebo J / kg. K)
ΔT - kolísanie teploty (Celzia alebo Kelvin)
Práca
Poslednou z veličín týkajúcich sa prvého zákona termodynamiky je práca (τ), ktorá má a tiež známy analytický vzorec pre transformácie, ku ktorým dochádza pri konštantnom tlaku Páči sa mi to izobarické transformácie, sledovať:
P - tlak (Pa alebo atm)
ΔV - objemová zmena (m³ alebo l)
Ak tlak vyvíjaný na systém nie je konštantný, je možné prácu vypočítať pomocou oblasti grafu tlak verzus objem (P x V). Ak sa chcete dozvedieť viac informácií o tejto skalárnej veľkosti, navštívte stránku: práca.
vyriešené cviky
Otázka 1)(CefetMG) Práce vykonávané v uzavretom tepelnom cykle sa rovnajú 100 J a teplo spojené s tepelnými výmenami sa rovná 1 000 J, respektíve 900 J, v prípade horúcich a studených zdrojov.
Od prvého zákona termodynamiky je variácia vnútornej energie v tomto tepelnom cykle v jouloch
a) 0
b) 100
c) 800
d) 900
e) 1 000
Rozhodnutie
Alternatíva a.
Poďme vyriešiť cvičenie pomocou prvého zákona termodynamiky, poznámka:
Podľa vyhlásenia sme požiadaní, aby sme vypočítali variáciu vnútornej energie v uzavretom termodynamickom cykle. V takom prípade vieme, že variácia vnútornej energie musí byť nulová, pretože stroj sa vráti do prevádzky pri rovnakej teplote, aká bola na začiatku cyklu.
Otázka 2)(Upf) Vzorka ideálneho plynu sa rozširuje zdvojnásobením svojho objemu počas izobarickej a adiabatickej transformácie. Ak vezmeme do úvahy, že tlak vyvíjaný plynom je 5.106 Pa a jeho počiatočný objem 2.10-5 m³, môžeme povedať:
a) Teplo absorbované plynom počas procesu je 25 kal.
b) Práca vykonaná plynom počas jeho expanzie je 100 kal.
c) Vnútorná variácia energie plynu je –100 J.
d) Teplota plynu zostáva konštantná.
e) Nič z vyššie uvedeného.
Rozhodnutie
Alternatíva c.
Pomocou informácií poskytnutých vo vyhlásení o cvičení použijeme Prvý zákon termodynamiky na nájdenie správnej alternatívy:
Otázka 3)(Wow) Kuchynská nádoba obsahuje vysokotlakový plyn. Keď otvoríme tento valec, všimneme si, že plyn rýchlo uniká do atmosféry. Pretože tento proces je veľmi rýchly, môžeme ho považovať za adiabatický proces.
Ak vezmeme do úvahy, že prvý zákon termodynamiky je daný ΔU = Q - W, kde ΔU je zmena energie vo vnútri plynu, Q je energia prenášaná vo forme tepla a W je práca vykonaná plynom, to je správne uviesť, že:
a) Zvýšený tlak plynu a znížená teplota.
b) Práca vykonaná plynom bola pozitívna a teplota plynu sa nezmenila.
c) Práca vykonaná plynom bola pozitívna a teplota plynu klesla.
d) Zvýšil sa tlak plynu a vykonaná práca bola negatívna.
Rozhodnutie
Alternatíva c.
Akonáhle sa objem plynu rozšíri, hovoríme, že vykonaná práca bola pozitívna, to znamená, že samotný plyn vykonával prácu na vonkajšom prostredí. Ďalej, keďže proces prebieha veľmi rýchlo, nie je čas na to, aby si plyn vymieňal teplo s okolím, takže nastane nasledovné:
Podľa výpočtu vnútorná energia plynu klesá o množstvo rovnajúce sa vykonanej práci. plynom, navyše, pretože dochádza k poklesu vnútornej energie plynu, dochádza tiež k poklesu teplota.
Otázka 4)(Udesc) Vo fyzikálnom laboratóriu sa experimenty uskutočňujú s plynom, ktorý je možné z hľadiska termodynamickej analýzy považovať za ideálny plyn. Z analýzy jedného z experimentov, v ktorých bol plyn podrobený termodynamickému procesu, sa dospelo k záveru, že všetko teplo dodávané do plynu sa premieňa na prácu.
Označte alternatívu, ktorá predstavuje správne termodynamický proces vykonaný v experimente.
a) izovolumetrický proces
b) izotermický proces
c) izobarický proces
d) adiabatický proces
e) zložený proces: izobarický a izovolumetrický
Rozhodnutie
Alternatíva b.
Všetko teplo dodávané do plynu, ktoré sa má premeniť na prácu, musí byť bez absorpcie vnútornej energie inými slovami, plyn musí prechádzať izotermickým procesom, to znamená procesom, ktorý prebieha pri teplote konštantný.
Autor: Rafael Hellerbrock
Učiteľ fyziky
Zdroj: Brazílska škola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/primeira-lei-da-termodinamica.htm
