DE FörstLaggerTermodynamik är en applikation av principgerbevarandegerenergi för termodynamiska system. Enligt denna lag är variationen av inre energi av ett termodynamiskt system motsvarar skillnaden mellan mängden värme absorberas av systemet och det arbete som utförs av det.
Seockså:Grundläggande begrepp och sammanfattning av termologi
Vad är termodynamikens första lag?
Den första lagen om termodynamik är en direkt följd av principen om energibesparing. Enligt denna princip systemets totala energiförblir alltid konstant, eftersom hon inte är vilse, utan förvandlad.
Inom ramen för Termodynamik, används mer specifika begrepp och mindre generiska än de som används i principen om energibesparing. I termodynamikens första lag använder vi begrepp som energiinre,värme och arbete, som är relevanta för omfattningen av Termiska maskiner (tekniska tillämpningar av grundläggande betydelse för termodynamik).
Föreställ dig en ångdriven maskin när maskinens arbetsvätska (vattenånga) tar emot värme från en extern källa är två energiomvandlingar möjliga: ånga kan ha sin egen
temperatur ökat med några grader eller, till och med, det kan bygga ut och flytta kolvarna på maskinen och därmed utföra en viss mängd arbete."Variationen i den inre energin i ett termodynamiskt system motsvarar skillnaden mellan mängden värme som absorberas av det och mängden arbete som detta system utför."
Sluta inte nu... Det finns mer efter reklam;)
Formel för den första lagen om termodynamik
Formeln som används för att matematiskt beskriva den första lagen om termodynamik visas nedan:
U - intern energivariation (kal eller J)
F - värme (kalk eller J)
τ - arbete (kalk eller J)
För att använda denna formel måste vi vara uppmärksamma på några signalregler:
AU - kommer att vara positivt om systemtemperaturen ökar;
AU - kommer att vara negativ om systemtemperaturen sjunker;
F - kommer att vara positivt om systemet absorberar värme från den yttre miljön;
F - det kommer att vara negativt om systemet ger värme till den yttre miljön;
τ – det är positivt om systemet expanderar och utför arbete med den externa miljön;
τ – det kommer att vara negativt om systemet kommer ihop och får arbete från den externa miljön.
intern energivariation
Termen ΔU avser den energiförändring som tillskrivs rörelseenergi av systemets beståndsdelar, i fallet med en idealgas, kan man säga att ΔU är ekvivalent med:
Nej - antal mol (mol)
R - universalkonstant av idealgaser (0,082 atm.l / mol. K eller 8,31 J / mol. K)
T - absolut temperatur (kelvin)
När man analyserar formlerna kan man se att om det inte sker någon temperaturförändring i systemet är dess inre energi kommer också att förbli oförändrad. Dessutom är det viktigt att säga att för termiska maskiner, som arbetar i cykler, variationen av den inre energin, i slutet av varje cykel, måste vara noll, för vid den tiden återgår motorn till att arbeta med initialtemperaturen.
Seockså:Termiska maskiners prestanda: hur beräknas den?
Värme
När vi går vidare till nästa term, Q, som refererar till mängden värme som överförs till systemet, använder vi vanligtvis grundläggande ekvation för kalorimetri, visas nedan:
F -värme (lime eller J)
m - massa (g eller kg)
ç - specifik värme (cal / gºC eller J / kg. K)
AT - temperaturvariation (celsius eller kelvin)
Arbete
Den sista av kvantiteterna relaterade till termodynamikens första lag är verket (τ), som har en analytisk formel endast för transformationer som sker under konstant tryck, även känd tycka om isobariska omvandlingar, Kolla på:
P - tryck (Pa eller atm)
AV - volymvariation (m³ eller l)
När trycket som utövas på systemet inte är konstant kan arbetet beräknas med hjälp av arean i diagrammet för tryck kontra volym (P x V). För att lära dig mer om denna skalära storlek, besök: arbete.
lösta övningar
Fråga 1)(CefetMG) Arbetet som utförs i en sluten termisk cykel är lika med 100 J och värmen som är involverad i termiskt utbyte är lika med 1000 J respektive 900 J med varma och kalla källor.
Från termodynamikens första lag är variationen av den inre energin i denna termiska cykel, i joule
a) 0
b) 100
c) 800
d) 900
e) 1000
Upplösning
Alternativ a.
Låt oss lösa övningen med hjälp av termodynamikens första lag, notera:
Enligt uttalandet ombeds vi beräkna variationen av intern energi i en sluten termodynamisk cykel, i vilket fall vi vet att den interna energivariationen måste vara noll, eftersom maskinen återgår till att arbeta vid samma temperatur som den var i början av cykeln.
Fråga 2)(UPF) Ett prov av en idealgas expanderar genom att fördubbla dess volym under en isobarisk och adiabatisk transformation. Med tanke på att gasens tryck är 5.106 Pa och dess ursprungliga volym 2.10-5 m³, vi kan säga:
a) Värmen som absorberas av gasen under processen är 25 kal.
b) Arbetet som utförs av gasen under dess expansion är 100 kal.
c) Gasens interna energivariation är –100 J.
d) Gastemperaturen förblir konstant.
e) Inget av ovanstående.
Upplösning
Alternativ c.
Med hjälp av information från träningsuttalandet kommer vi att använda termodynamikens första lag för att hitta rätt alternativ:
Fråga 3)(Wow) En köksbehållare innehåller högtrycksgas. När vi öppnar den här cylindern märker vi att gasen snabbt kommer ut i atmosfären. Eftersom denna process är mycket snabb kan vi betrakta den som en adiabatisk process.
Med tanke på att termodynamikens första lag ges av ΔU = Q - W, där ΔU är förändringen i energi inuti gasen är Q den energi som överförs i form av värme och W är det arbete som utförs av gasen, detta är korrekt konstatera att:
a) Gastrycket ökade och temperaturen minskade.
b) Arbetet med gasen var positivt och gastemperaturen förändrades inte.
c) Arbetet med gasen var positivt och gastemperaturen minskade.
d) Gastrycket ökade och det utförda arbetet var negativt.
Upplösning
Alternativ c.
När gasvolymen expanderar säger vi att det utförda arbetet var positivt, det vill säga gasen själv utförde arbete på den yttre miljön. Eftersom processen sker mycket snabbt finns det ingen tid för gasen att utbyta värme med omgivningen, så följande inträffar:
Enligt beräkningen minskar gasens interna energi med en mängd som är lika med det utförda arbetet. av gasen, dessutom, eftersom det finns en minskning av gasens inre energi, finns det också en minskning av temperatur.
Fråga 4)(Udesc) I ett fysiklaboratorium utförs experiment med en gas som för termodynamiska analysändamål kan betraktas som en idealgas. Från analysen av ett av experimenten, där gasen utsattes för en termodynamisk process, drogs slutsatsen att all värme som tillfördes gasen omvandlades till arbete.
Markera alternativet som representerar korrekt den termodynamiska processen som utfördes i experimentet.
a) isovolumetrisk process
b) isotermisk process
c) isobarisk process
d) adiabatisk process
e) kompositprocess: isobar och isovolumetrisk
Upplösning
Alternativ b.
För att all värme som tillförs en gas ska kunna omvandlas till arbete får det inte finnas någon absorption av inre energi genom det, med andra ord, gasen måste gå igenom en isotermisk process, det vill säga en process som äger rum vid temperatur konstant.
Av Rafael Hellerbrock
Fysiklärare
