1. termodinamikai törvény
Bevezetés
a munka és a hő közötti kapcsolat megértéséhez meg kell értenünk egy harmadik, összekötő tényezőt: a belső energia változását. Az energiát nem lehet létrehozni vagy megsemmisíteni, de átalakítható vagy átadható. A belső energia egy adott rendszeren belüli összes energiára utal, beleértve a molekulák kinetikus energiáját, valamint a molekulák közötti összes kémiai kötésben tárolt energiát., A hő, a munka és a belső energia kölcsönhatásai révén minden egyes rendszerváltáskor energiaátadások és konverziók következnek be. Ezen transzferek során azonban nem keletkezik vagy veszít el nettó energia.
főtétele
Az Első főtétele kimondja, hogy az energia átalakítható egyik formából a másikba a kölcsönhatás a hő, munka, belső energia, de nem lehet létrehozni, sem megsemmisíteni, semmilyen körülmények között., Matematikailag ez a következőképpen van ábrázolva:
\
- \(ΔU\) a rendszer belső energiájának teljes változása,
- \(q\) A rendszer és környezete között kicserélt hő, és
- \(w\) a rendszer által vagy a rendszeren végzett munka.
a munka megegyezik a rendszerre nehezedő negatív külső nyomással, megszorozva a térfogatváltozással:
\
a rendszer belső energiája csökken, ha a rendszer hőt bocsát ki vagy működik., Ezért a rendszer belső energiája növekszik, amikor a hő növekszik (ezt úgy tehetjük meg, hogy hőt adunk a rendszerbe). A belső energia is növekedne, ha a munkát egy rendszerre végeznék. Minden olyan munka vagy hő, amely egy rendszerbe kerül vagy kiesik, megváltoztatja a belső energiát. Mivel azonban az energiát soha nem hozzák létre vagy semmisítik meg (így a termodinamika első törvénye), a belső energia változása mindig nulla. Ha a rendszer energiát veszít, akkor a környezet elnyeli., Ha az energia felszívódik egy rendszerbe, akkor ezt az energiát a környezet szabadította fel:
\
ahol ΔUsystem a rendszer teljes belső energiája, és ΔUsurroundingsis a környezet teljes energiája.,bbc”>
The above figure is a visual example of the First Law of Thermodynamics., A kék kockák képviselik a rendszert, a sárga körök pedig a rendszer környékét. Ha a kocka rendszer energiát veszít, akkor azt a környezet nyeri el. Az energia soha nem jön létre, nem pusztul el. Mivel a nyomkocka területe csökkent, a sárga kör vizuális területe nőtt. Ez azt jelképezi, hogy a rendszer által elvesztett energiát hogyan nyeri el a környezet. A különböző környezetek hatása és a rendszer változásai segítenek meghatározni a belső energia, a hő és a munka növekedését vagy csökkenését.,v id=”e58a7c820f”>
+ or –
Example \(\PageIndex{1}\)
A gas in a system has constant pressure., A rendszer körüli környezet 62 J hőt veszít, és 474 J munkát végez a rendszeren. Mi a rendszer belső energiája?
megoldás
a belső energia megtalálásához ΔU, figyelembe kell vennünk a rendszer és a környezet közötti kapcsolatot. Mivel a termodinamika első törvénye kimondja, hogy az energia nem jön létre, nem pusztul el, tudjuk, hogy a környezet által elvesztett mindent a rendszer nyer. A környező terület elveszíti a hőt, és működik a rendszeren. Ezért a Q és a w pozitív a ΔU=q+w egyenletben, mert a rendszer hőt nyer és önmagán végez munkát.,
\ &= 536\,J \end{align}\]
példa \(\PageIndex{2}\)
a rendszer állandó térfogatú (ΔV=0), a rendszer körüli hő pedig 45 J.
- mi a hő (Q) jele a rendszer számára?
- milyen ΔU egyenlő?
- mi a rendszer belső energiájának értéke Joule-ban?
megoldás
mivel a rendszer állandó térfogatú (ΔV=0) a kifejezés-PΔV=0, a munka pedig nulla. Így az egyenletben ΔU=q + w w = 0 és ΔU=q. A belső energia megegyezik a rendszer hőjével., A környező hő növekszik, így a rendszer hője csökken, mert a hő nem jön létre, sem nem pusztul el. Ezért a hőt elvesszük a rendszerből, így exoterm és negatív. A belső energia értéke a környezet által elnyelt hő negatív értéke lesz.
- negatív (q<0)
- ΔU=q + (- PΔV) = q + 0 = q
- ΔU = – 45J
