THE NajprejPravodajeTermodinamika je aplikacija načelodajeohranjanjedajeenergija za termodinamične sisteme. V skladu s tem zakonom je sprememba notranja energija termodinamičnega sistema je razlika med količino toplota sistem in delo, ki ga je opravil.
Poglejtudi:Temeljni pojmi in povzetek termologije
Kaj je prvi zakon termodinamike?
Prvi zakon termodinamike je neposredna posledica načela varčevanja z energijo. V skladu s tem načelom celotna energija sistemavedno ostane konstantna, saj ni izgubljena, ampak preoblikovana.
V okviru Termodinamika, so uporabljeni natančnejši pojmi in manj splošni od tistih, ki se uporabljajo v načelu varčevanja z energijo. V prvem zakonu termodinamike uporabljamo koncepte kot energijanotranji,toplota in delo, ki so pomembni za področje uporabe Termični stroji (tehnološke aplikacije temeljnega pomena za termodinamiko).
Predstavljajte si stroj na parni pogon, ko delovna tekočina tega stroja (vodna para) prejme toploto iz zunanjega vira, sta možni dve pretvorbi energije: para ima lahko svojo lastno
temperatura poveča za nekaj stopinj ali celo lahko razširiti in premaknite bate tega stroja in tako izvedite določeno količino delo."Sprememba notranje energije termodinamičnega sistema ustreza razliki med količino toplote, ki jo absorbira, in količino dela, ki ga ta sistem opravi."
Ne ustavi se zdaj... Po oglaševanju je še več;)
Formula prvega zakona termodinamike
Formula, uporabljena za matematični opis prvega zakona termodinamike, je prikazana spodaj:
U - notranje nihanje energije (kal ali J)
V - toplota (apno ali J)
τ - delo (apno ali J)
Za uporabo te formule moramo biti pozorni na nekatera signalna pravila:
ΔU - bo pozitivno, če se temperatura sistema poviša;
ΔU - bo negativna, če se temperatura sistema zniža;
V - bo pozitivno, če sistem absorbira toploto iz zunanjega okolja;
V - negativno bo, če sistem ogreva zunanje okolje;
τ – pozitivno bo, če se sistem širi in izvaja delo na zunanjem okolju;
τ – negativno bo, če sistem sklene pogodbo in prejme delo iz zunanjega okolja.
notranje spremembe energije
Izraz ΔU se nanaša na spremembo energije, ki jo pripisujemo kinetična energija sestavnih delcev sistema, v primeru idealnega plina lahko rečemo, da je ΔU enakovreden:
št - število molov (mol)
R - univerzalna konstanta idealnih plinov (0,082 atm.l / mol. K ali 8,31 J / mol. K)
T - absolutna temperatura (kelvin)
Če analiziramo formule, lahko ugotovimo, da če v sistemu ni temperaturnih sprememb, je to notranja energija bo tudi ostal nespremenjen. Poleg tega je pomembno povedati, da za termične stroje, ki delujejo v ciklih, sprememba notranje energije na koncu vsakega cikla mora biti nična, ker se takrat motor vrne v delovanje z začetno temperaturo.
Poglejtudi:Zmogljivost termičnih strojev: kako se izračuna?
Vročina
Če preidemo na naslednji izraz, Q, ki se nanaša na količino toplote, prenesene v sistem, običajno uporabljamo temeljna enačba kalorimetrije, prikazano spodaj:
V -toplota (apno ali J)
m - masa (g ali kg)
ç - specifična toplota (kal / gºC ali J / kg. K)
ΔT - temperaturne razlike (Celzija ali Kelvina)
Delo
Zadnja izmed količin, povezanih s prvim zakonom termodinamike, je delo (τ), ki ima a analitična formula samo za transformacije, ki se zgodijo pod stalnim tlakom, znana tudi všeč izobarne transformacije, pazi:
P - tlak (Pa ali atm)
ΔV - sprememba prostornine (m³ ali l)
Kadar pritisk na sistem ni stalen, lahko delo izračunamo s površino grafa tlaka v primerjavi s prostornino (P x V). Če želite izvedeti več o tej skalarni velikosti, obiščite: delo.
rešene vaje
Vprašanje 1)(CefetMG) Delo, izvedeno v zaprtem toplotnem ciklu, je enako 100 J, toplota, vključena v toplotne izmenjave, pa 1000 J oziroma 900 J pri vročih in hladnih virih.
Od prvega zakona termodinamike je sprememba notranje energije v tem toplotnem ciklu, v džulih,
a) 0
b) 100
c) 800
d) 900
e) 1000
Resolucija
Alternativa a.
Rešimo vajo s pomočjo prvega zakona termodinamike, upoštevajte:
Glede na izjavo smo pozvani, da izračunamo spremembo notranje energije v zaprtem termodinamičnem ciklusu, v tem primeru vemo, da notranje nihanje energije mora biti nič, saj se bo stroj vrnil v delovanje pri enaki temperaturi, kot je bila na začetku cikla.
Vprašanje 2)(Upf) Vzorec idealnega plina se med izobarno in adiabatsko transformacijo podvoji. Glede na to, da je tlak plina 5.106 Pa in njegov začetni volumen 2.10-5 m³, lahko rečemo:
a) Toplota, ki jo med postopkom absorbira plin, je 25 kal.
b) Delo plina med njegovo širitvijo je 100 kal.
c) Notranja variacija energije plina je –100 J.
d) Temperatura plina ostaja konstantna.
e) Nič od naštetega.
Resolucija
Alternativa c.
Na podlagi informacij, ki jih vsebuje izjava o vaji, bomo uporabili prvi zakon termodinamike, da bomo našli pravo alternativo:
Vprašanje 3)(vau) Kuhinjska posoda vsebuje visokotlačni plin. Ko odpremo to jeklenko, opazimo, da plin hitro uhaja v ozračje. Ker je ta postopek zelo hiter, ga lahko štejemo za adiabatski proces.
Glede na to, da je prvi zakon termodinamike podan z ΔU = Q - W, kjer je ΔU sprememba energije znotraj plina je Q energija, prenesena v obliki toplote, W pa delo plina, to je pravilno navedite, da:
a) Tlak plina se je povečal in temperatura zmanjšala.
b) Plinsko delo je bilo pozitivno in temperatura plina se ni spremenila.
c) Plinsko delo je bilo pozitivno in temperatura plina se je znižala.
d) Tlak plina se je povečal in opravljeno delo je bilo negativno.
Resolucija
Alternativa c.
Ko se prostornina plina poveča, rečemo, da je bilo opravljeno delo pozitivno, to je, da je plin sam opravljal delo na zunanjem okolju. Poleg tega, ker postopek poteka zelo hitro, plin nima časa za izmenjavo toplote z okolico, zato se zgodi naslednje:
Po izračunu se notranja energija plina zmanjša za količino, ki je enaka opravljenemu delu. s plinom, poleg tega pa, ker se zmanjša notranja energija plina, se zmanjša tudi temperatura.
Vprašanje 4)(Udesc) V fizikalnem laboratoriju izvajajo poskuse s plinom, ki ga za namene termodinamične analize lahko štejemo za idealen plin. Iz analize enega od poskusov, pri katerem je bil plin podvržen termodinamičnemu postopku, je bilo ugotovljeno, da se vsa toplota, dovedena v plin, pretvori v delo.
Označite možnost, ki predstavlja pravilno termodinamični postopek, izveden v poskusu.
a) izovolumetrični postopek
b) izotermični proces
c) izobarični proces
d) adiabatski proces
e) sestavljeni postopek: izobarni in izovolumetrični
Resolucija
Alternativa b.
Da se vsa toplota, dovedena v plin, pretvori v delo, ne sme biti absorpcije notranje energije z drugimi besedami, plin mora iti skozi izotermičen proces, to je proces, ki poteka pri temperaturi konstanten.
Avtor Rafael Hellerbrock
Učitelj fizike
