Prvý zákon termodynamiky sa zaoberá tým, čo je potrebné na to, aby sa práca zmenila na teplo.
Je založený na princíp úspory energie, čo je jeden z najdôležitejších princípov fyziky.
Táto úspora energie sa deje vo forme tepla a práce. Umožňuje systému šetriť a prenášať energiu, to znamená, že energia sa môže zvyšovať, znižovať alebo zostať konštantná.
Prvý zákon termodynamiky je vyjadrený vzorcom
Q = τ + ΔU
Kde,
Q: teplo
τ: práca
U: variácia vnútornej energie
Jeho základ teda je: teplo (Q) je výsledkom súčtu práce (τ) s variáciou vnútornej energie (ΔU).
Dá sa nájsť aj takto:
ΔU = Q - W
Kde,
U: variácia vnútornej energie
Q: teplo
Ž: práca
Výsledkom je to isté: zmena vnútornej energie (ΔU) je výsledkom výmeny tepla s externým médiom mínus vykonaná práca (W).
To znamená,
1) pokiaľ ide o teplo (Q):
- Ak je teplo vymenené s médiom väčšie ako 0, systém prijíma teplo.
- Ak je teplo vymenené s médiom menšie ako 0, systém stráca teplo.
- Ak nedochádza k výmene tepla s médiom, to znamená, že ak je rovné 0, systém ani neprijíma, ani nestráca teplo.
2) pokiaľ ide o prácu (τ):
- Ak je práca väčšia ako 0, objem niečoho, čo je vystavené teplu, sa rozšíri.
- Ak je práca menšia ako 0, objem niečoho, čo je vystavené teplu, sa zníži.
- Ak nie je práca, to znamená, že ak sa rovná 0, je objem niečoho vystaveného teplu konštantný.
3) pokiaľ ide o zmeny vnútornej energie (ΔU):
- Ak je zmena vnútornej energie väčšia ako 0, dôjde k zvýšeniu teploty.
- Ak je zmena vnútornej energie menšia ako 0, dôjde k poklesu teploty.
- Ak nedôjde k zmene vnútornej energie, to znamená ak je rovná 0, je teplota konštantná.
Dospelo sa k záveru, že teplotu je možné zvýšiť teplom alebo prácou.
Príklad
Zahriatie plynov spôsobí spustenie strojov, to znamená napríklad prácu v závode.
Stáva sa to nasledujúcim spôsobom: plyny prenášajú energiu vo vnútri strojov, čo spôsobí ich zväčšenie objemu a odtiaľ aktiváciu mechanizmov strojov. Po aktivácii začnú mechanizmy pracovať.
Čítajte tiež
- Termodynamika
- Carnotov cyklus
- Hessov zákon
Zákony termodynamiky
Zákony termodynamiky sú štyri. Okrem prvého, ktorým sa zaoberáme, existujú:
- Nulový zákon termodynamiky - zaoberá sa podmienkami dosiahnutia tepelnej rovnováhy;
- Druhý zákon termodynamiky - zaoberá sa prenosom tepelnej energie;
- Tretí zákon termodynamiky - zaoberá sa správaním hmoty s entropiou blízkou nule.
Cvičenia
1. (Ufla-MG) Pri reverzibilnej plynnej transformácii je variácia vnútornej energie + 300 J. Došlo k stlačeniu a práca vykonaná tlakom plynu je v module 200 J. Takže je pravda, že plyn
a) dal médiu 500 J tepla
b) poskytlo médiu 100 J tepla
c) prijalo z média 500 J tepla
d) prijal 100 J tepla z média
e) prešla adiabatickou transformáciou
Alternatíva d: od stredu dostala 100 J tepla
Pozri tiež: Cvičenie z termodynamiky
2. (MACKENZIE-SP) S úzkym otvorom v ústach teraz silno fúkajte rukou! To videlo? Vytvorili ste adiabatickú transformáciu! V ňom vzduch, ktorý ste vylúčili, prešiel prudkou expanziou, počas ktorej:
a) vykonané práce zodpovedali zníženiu vnútornej energie tohto vzduchu, pretože nedošlo k výmene tepla s vonkajším prostredím;
b) vykonané práce zodpovedali zvýšeniu vnútornej energie tohto vzduchu, pretože nedošlo k výmene tepla s vonkajším prostredím;
c) vykonaná práca zodpovedala zvýšeniu množstva tepla vymieňaného týmto vzduchom s médiom, pretože nedošlo k nijakým zmenám v jeho vnútornej energii;
d) neboli vykonané žiadne práce, pretože vzduch neabsorboval teplo z okolia a neutrpel žiadne zmeny vnútornej energie;
e) neuskutočnili sa žiadne práce, pretože vzduch nepreniesol teplo do média a neutrpel žiadnu zmenu vnútornej energie.
Alternatíva a: vykonané práce zodpovedali zníženiu vnútornej energie tohto vzduchu, pretože nedochádza k výmene tepla s vonkajším prostredím.
Pozri tiež: adiabatická transformácia
