1. Zákon Termodynamiky
Úvod
pochopit vztah mezi prací a tepla, musíme pochopit, třetí, spojující faktor: změnu ve vnitřní energii. Energie nemůže být vytvořena ani zničena, ale může být přeměněna nebo přenesena. Vnitřní energie se vztahuje na všechny energie v daném systému, včetně kinetické energie molekul a energie uložená ve všech chemických vazeb mezi molekulami., Při interakcích tepla, práce a vnitřní energie dochází k přenosu energie a konverzím pokaždé, když dojde ke změně systému. Během těchto převodů však není vytvořena ani ztracena žádná čistá energie.
Zákon Termodynamiky
První Zákon Termodynamiky říká, že energie může být přeměněna z jedné formy na jinou s interakcí teplo, práce a vnitřní energie, ale to nemůže být vytvořena, ani zničena, za žádných okolností., Matematicky, to je reprezentován jako
\
- \(ΔU\), je celková změna vnitřní energie soustavy,
- \(q\) je teplo vyměněné mezi systémem a jeho okolím, a
- \(w\), je práce nebo na systému.
Práce je rovna negativní vnější tlak na systém vynásobit změnu v objemu.
\
vnitřní energie systému se sníží, pokud systém vydává teplo nebo práce., Proto se vnitřní energie systému zvyšuje, když se teplo zvyšuje (to by bylo provedeno přidáním tepla do systému). Vnitřní energie by se také zvýšila, pokud by byla provedena práce na systému. Jakákoli práce nebo teplo, které jde do systému nebo ven, mění vnitřní energii. Protože však energie není nikdy vytvořena ani zničena (tedy první zákon termodynamiky), změna vnitřní energie se vždy rovná nule. Pokud systém ztratí energii, absorbuje ji okolí., Pokud energie je absorbována do systému, tak, že energie byla uvolněna do okolí:
\
kde ΔUsystem je celková vnitřní energie v systému, a ΔUsurroundingsis celkové energie z okolí.,bbc“>
The above figure is a visual example of the First Law of Thermodynamics., Modré kostky představují systém a žluté kruhy představují okolí kolem systému. Pokud je energie ztracena systémem krychle, získává ji okolí. Energie není nikdy vytvořena ani zničena. Vzhledem k tomu, že oblast clue cube snížila vizuální oblast žlutého kruhu. To symbolizuje, jak energii ztracenou systémem získává okolí. Vliv různých prostředí a změny v systému pomáhají určit zvýšení nebo snížení vnitřní energie, tepla a práce.,v id=“e58a7c820f“>
+ or –
Example \(\PageIndex{1}\)
A gas in a system has constant pressure., Okolí systému ztrácí 62 J tepla a dělá 474 J práce na systému. Jaká je vnitřní energie systému?
řešení
abychom našli vnitřní energii, musíme zvážit vztah mezi systémem a okolím. Vzhledem k tomu, že první zákon termodynamiky uvádí, že energie není vytvořena ani zničena, víme, že systém získává cokoli ztraceného okolím. Okolí ztrácí teplo a pracuje na systému. Proto jsou q A w kladné v rovnici ΔU=q + w, protože systém získává teplo a pracuje na sobě.,
\ &= 536\,J \end{align}\]
Například \(\PageIndex{2}\)
systém má konstantní objem (ΔV=0) a teplo v blízkosti systému se zvyšuje o 45 J.
- Co je znakem pro teplo (q) pro systém?
- co je ΔU rovno?
- jaká je hodnota vnitřní energie systému v joulech?
řešení
protože systém má konstantní objem (ΔV=0) termín-PΔV=0 a práce se rovná nule. Proto v rovnici ΔU=q+w, w=0 a ΔU=q. Vnitřní energie je rovna teplu systému., Okolní teplo se zvyšuje, takže teplo systému klesá, protože teplo není vytvořeno ani zničeno. Proto je teplo odebíráno ze systému, což je exotermické a negativní. Hodnota vnitřní energie bude záporná hodnota tepla absorbovaného okolím.
- negativní (q<0)
- ΔU=q + (-PΔV) = q+ 0 = q
- ΔU = -45J
