Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

Перший закон термодинаміки

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    24468

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Навички для розвитку

    • Розробка застосувань першого закону термодинаміки
    • Розрахуйте внутрішню енергію і докладніше про результати

    Перший закон термодинаміки еквівалентний закону збереження енергії, який був описаний тут раніше. Однак замість опису системи, в якій змінюється енергія (KE до PE і назад), але загальна сума не змінюється, зараз ми опишемо систему, в якій енергія може рухатися і виходити. 2 способи, якими він може це зробити, - це робота та тепло.

    Уявіть, що у нас є система, яка приблизно ізольована, як термос з водою, і ми робимо роботу над нею різними способами. Спочатку ми використовуємо енергію від падаючої ваги, щоб змішувати її дуже енергійно, і ми бачимо, що відбувається з температурою системи. Потім пропускаємо трохи електричного струму через резистор, занурений в систему, і дивимося, що відбувається з температурою системи. І ми спостерігаємо, що один і той же обсяг роботи завжди піднімає температуру на однакову величину. Якщо ми проведемо ті ж експерименти на чашці води, яка не ізольована, як термос (але в іншому випадку те саме), ми виявимо, що температура не збільшується так сильно, коли ми виконуємо таку ж роботу без ізоляційного термоса. Оскільки система стала теплішою, частина енергії переміщалася з системи в навколишнє середовище. Без термоса тепло залишає систему, коли вона стає тепліше, ніж навколишнє середовище, тому нам доведеться зробити більше роботи, щоб отримати таке ж підвищення температури.

    Енергія - це здатність виконувати роботу. Будь-яка система може зробити роботу. Можливо, він може нагріти газ, змушуючи його розширюватися проти сили, або падати, стискаючи пружину тощо Але здатність ізольованої системи виконувати роботу не зміниться. Наприклад, якщо ми використовуємо систему для роботи, тоді довго чекаємо, система не поверне свою первісну здатність виконувати роботу. Більш конкретно, якщо ми використовуємо падаючу вагу для виконання якоїсь іншої роботи, наприклад, підняття іншої ваги або керування двигуном, вага не зможе зробити більше роботи, поки ми не піднімемо її до початкової висоти. Він не буде плавати назад сам по собі, готовий знову впасти. Якщо ми використовуємо дуже гарячий металевий блок для кипіння води та приводу двигунів, блок стане прохолоднішим. І якщо ми залишимо його ізольованим і почекаємо, він не нагріється знову сам по собі, щоб ми могли кип'ятити більше води. Здатність системи виконувати роботу називається її внутрішньою енергією. Внутрішня енергія системи може змінюватися, якщо робота виконується на або системою, або якщо тепло надходить або виходить з системи. Якщо не буде виконано ніяких робіт і немає теплових потоків, то внутрішня енергія системи змінитися не може. Ми можемо записати це як рівняння:

    \[\Delta E=q+w\]

    де ΔE - зміна внутрішньої енергії (деякі люди використовують замість нього U), q - тепло, а w - робота. Тепло q позитивне, коли воно надходить в систему, і негативне при витіканні. Робота w є позитивною, коли це робиться з системою, і негативною, коли це робиться системою. (Власне, деякі люди використовують протилежні знаки для роботи, в цьому випадку рівняння Е = Q-w) Це повинно мати сенс. Внутрішня енергія системи збільшується, коли ми вкладаємо енергію; вона зменшується, коли ми беремо енергію.

    Молекулярно внутрішня енергія означає всю кінетичну і потенційну енергію кожної частинки в системі. Внутрішня енергія - це функція стану, подібна температурі і тиску. Робота і тепло не є державними функціями: вони залежать від процесів. Ви не можете дивитися на об'єкт і визначити, скільки роботи чи тепла він має, тому що це не має сенсу, але ви можете виміряти, яка його температура, який його обсяг і яка його внутрішня енергія.

    Автори та атрибуція