Prvi zakon termodinamike obravnava, kaj je potrebno, da se delo spremeni v toploto.
Temelji na načelo varčevanja z energijo, ki je eno najpomembnejših načel fizike.
To varčevanje z energijo poteka v obliki toplote in dela. Omogoča sistemu, da prihrani in prenese energijo, to pomeni, da se lahko energija poveča, zmanjša ali ostane nespremenjena.
Prvi zakon termodinamike je izražen s formulo
Q = τ + ΔU
Kje,
V: toplota
τ: delo
U: sprememba notranje energije
Njegova osnova je torej: toplota (Q) je rezultat vsote dela (τ) z variacijo notranje energije (ΔU).
Najdete ga lahko tudi na naslednji način:
ΔU = Q - W
Kje,
U: sprememba notranje energije
V: toplota
W: delo
Rezultat temelja je enako: sprememba notranje energije (ΔU) je posledica izmenjave toplote z zunanjim medijem minus opravljeno delo (W).
To pomeni,
1) glede toplote (Q):
- Če je toplota, ki se izmenjuje z medijem, večja od 0, sistem prejme toploto.
- Če je toplota, ki se izmenjuje z medijem, manjša od 0, sistem izgubi toploto.
- Če z medijem ni izmenjave toplote, to je, če je enaka 0, sistem niti ne sprejema niti ne izgublja toplote.
2) glede dela (τ):
- Če je delo večje od 0, se prostornina nečesa, ki je izpostavljeno toploti, poveča.
- Če je delo manjše od 0, se prostornina nečesa, ki je izpostavljeno vročini, zmanjša.
- Če dela ni, torej če je enako 0, je prostornina nečesa, ki je izpostavljeno toploti, konstantna.
3) glede variacije notranje energije (ΔU):
- Če je notranje nihanje energije večje od 0, pride do povečanja temperature.
- Če je notranja variacija energije manjša od 0, pride do zmanjšanja temperature.
- Če se notranja energija ne spremeni, torej če je enaka 0, je temperatura konstantna.
Ugotovljeno je, da lahko temperaturo zvišujemo s toploto ali z delom.
Primer
Segrevanje plinov povzroči, da se stroji zaženejo, to je na primer za izvajanje del v obratu.
To se zgodi na naslednji način: plini prenašajo energijo znotraj strojev, zaradi česar se povečajo in od tam aktivirajo mehanizme strojev. Ko se mehanizmi aktivirajo, začnejo delovati.
Preberite tudi vi
- Termodinamika
- Carnotov cikel
- Hessov zakon
Zakoni termodinamike
Zakoni termodinamike so štirje. Poleg prvega, s katerim imamo opravka, so še:
- Ničelni zakon termodinamike - obravnava pogoje za doseganje toplotnega ravnovesja;
- Drugi zakon termodinamike - ukvarja se s prenosom toplotne energije;
- Tretji zakon termodinamike - se ukvarja z obnašanjem snovi z entropijo blizu ničle.
Vaje
1. (Ufla-MG) Pri reverzibilni plinasti transformaciji je sprememba notranje energije + 300 J. Prišlo je do stiskanja in delo, ki ga je opravil tlak plina, je v modulu 200 J. Res je torej, da plin
a) dal mediju 500 J toplote
b) dal mediju 100 J toplote
c) je iz medija prejel 500 J toplote
d) iz medija prejel 100 J toplote
e) doživel adiabatsko preobrazbo
Alternativa d: od sredine je prejel 100 J toplote
Glej tudi: Vaje iz termodinamike
2. (MACKENZIE-SP) Držite ozko odprtino v ustih, močno si pihajte roko! Je videl? Ustvarili ste adiabatsko preobrazbo! V njem se je zrak, ki ste ga pregnali, močno razširil, med katerim:
a) opravljeno delo je ustrezalo zmanjšanju notranje energije tega zraka, saj ni bilo izmenjave toplote z zunanjim okoljem;
b) opravljeno delo je ustrezalo povečanju notranje energije tega zraka, saj ni bilo izmenjave toplote z zunanjim okoljem;
c) opravljeno delo je ustrezalo povečanju količine toplote, ki jo ta zrak izmenjuje z medijem, saj ni prišlo do sprememb v njegovi notranji energiji;
d) ni bilo opravljenega dela, ker zrak ni absorbiral toplote iz okolja in ni imel nobenih sprememb v notranji energiji;
e) ni bilo opravljenega dela, saj zrak mediju ni prepuščal toplote in ni imel nobenih sprememb v notranji energiji.
Alternativa a: opravljeno delo je ustrezalo zmanjšanju notranje energije tega zraka, saj ni izmenjave toplote z zunanjim okoljem.
Glej tudi: adiabatska transformacija
