1ère loi de la thermodynamique
Introduction
pour comprendre la relation entre le travail et la chaleur, nous devons comprendre un troisième facteur de liaison: le changement d’énergie interne. L’énergie ne peut être créée ni détruite, mais elle peut être convertie ou transférée. L’énergie interne se réfère à toute l’énergie dans un système donné, y compris l’énergie cinétique des molécules et l’énergie stockée dans toutes les liaisons chimiques entre les molécules., Avec les interactions de la chaleur, du travail et de l’énergie interne, il y a des transferts et des conversions d’énergie chaque fois qu’un changement est effectué sur un système. Cependant, aucune énergie nette n’est créée ou perdue lors de ces transferts.
loi de la thermodynamique
la première loi de la thermodynamique stipule que l’énergie peut être convertie d’une forme à une autre avec l’interaction de la chaleur, du travail et de l’énergie interne, mais elle ne peut en aucun cas être créée ni détruite., Mathématiquement, c’est représentée par
\
avec
- \(ΔU\) est le total de la variation d’énergie interne d’un système,
- \(q\) est l’échange de chaleur entre un système et son environnement, et
- \(w\) est le travail effectué par ou sur le système.
Le travail est également égal à la pression externe négative sur le système multipliée par la variation de volume:
\
l’énergie interne d’un système diminuerait si le système dégage de la chaleur ou fonctionne., Par conséquent, l’énergie interne d’un système augmente lorsque la chaleur augmente (cela se ferait en ajoutant de la chaleur dans un système). L’énergie interne augmenterait également si le travail était effectué sur un système. Tout travail ou toute chaleur entrant ou sortant d’un système modifie l’énergie interne. Cependant, puisque l’énergie n’est jamais créée ni détruite (donc, la première loi de la thermodynamique), le changement d’énergie interne est toujours égal à zéro. Si l’énergie est perdue par le système, elle est absorbée par l’environnement., Si l’énergie est absorbée dans un système, alors que l’énergie a été publié par l’environnement:
\
où ΔUsystem est le total de l’énergie interne d’un système, et ΔUsurroundingsis l’énergie totale de l’environnement.,bbc »>
The above figure is a visual example of the First Law of Thermodynamics., Les cubes bleus représentent le système et les cercles jaunes représentent l’environnement autour du système. Si l’énergie est perdue par le système de cube alors elle est gagnée par l’environnement. L’énergie n’est jamais créée, ni détruite. Puisque la surface du cube d’indice a diminué, la surface visuelle du cercle jaune a augmenté. Cela symbolise la façon dont l’énergie perdue par un système est gagnée par l’environnement. Les effets de différents environnements et changements sur un système aident à déterminer l’augmentation ou la diminution de l’énergie interne, de la chaleur et du travail.,v id= »e58a7c820f »>
+ or –
Example \(\PageIndex{1}\)
A gas in a system has constant pressure., L’environnement autour du système perd 62 J de chaleur et fait 474 J de travail sur le système. Qu’est-ce que l’énergie interne du système?
Solution
pour trouver L’énergie interne, ΔU, il faut considérer la relation entre le système et l’environnement. Puisque la première loi de la thermodynamique stipule que l’énergie n’est pas créée ni détruite, nous savons que tout ce qui est perdu par l’environnement est gagné par le système. La zone environnante perd de la chaleur et fonctionne sur le système. Par conséquent, q et w sont positifs dans L’équation ΔU=q+w parce que le système gagne de la chaleur et obtient du travail sur lui-même.,
\ &= 536\,J \end{align}\]
Exemple \(\PageIndex{2}\)
Un système à volume constant (V=0) et la chaleur autour du système augmente de 45 J.
- Quel est le signe de la chaleur (q) pour le système?
- à quoi ΔU est-il égal?
- Quelle est la valeur de l’énergie interne du système en Joules?
Solution
puisque le système a un volume constant (ΔV=0), le terme-PΔV=0 et le travail est égal à zéro. Ainsi, dans l’équation ΔU=q+w=0 et ΔU=q. L’énergie interne est égale à la chaleur du système., La chaleur environnante augmente, de sorte que la chaleur du système diminue parce que la chaleur n’est pas créée ni détruite. Par conséquent, la chaleur est retirée du système, ce qui la rend exothermique et négative. La valeur de l’Énergie Interne sera la valeur négative de la chaleur absorbée par l’environnement.
- négatif (q<0)
- ΔU=q + (-PΔV) = q+ 0 = q
- ΔU = -45J
