1 ° Legge della Termodinamica
Introduzione
Per comprendere la relazione tra lavoro e calore, è necessario comprendere un terzo fattore di collegamento: il cambiamento dell’energia interna. L’energia non può essere creata né distrutta, ma può essere convertita o trasferita. L’energia interna si riferisce a tutta l’energia all’interno di un dato sistema, compresa l’energia cinetica delle molecole e l’energia immagazzinata in tutti i legami chimici tra le molecole., Con le interazioni di calore, lavoro ed energia interna, ci sono trasferimenti di energia e conversioni ogni volta che un cambiamento è fatto su un sistema. Tuttavia, nessuna energia netta viene creata o persa durante questi trasferimenti.
Legge della Termodinamica
La Prima Legge della Termodinamica afferma che l’energia può essere convertita da una forma all’altra con l’interazione di calore, lavoro ed energia interna, ma non può essere creata né distrutta, in qualsiasi circostanza., Matematicamente, questo è rappresentato come
\
con
- \(ΔU\) è la variazione totale di energia interna di un sistema,
- \(q\) è il calore scambiato tra un sistema e il suo ambiente, e
- \(w\) è il lavoro svolto dal sistema.
Il lavoro è anche uguale alla pressione esterna negativa sul sistema moltiplicata per la variazione di volume:
\
L’energia interna di un sistema diminuirebbe se il sistema emettesse calore o funzionasse., Pertanto, l’energia interna di un sistema aumenta quando il calore aumenta (ciò verrebbe fatto aggiungendo calore in un sistema). L’energia interna aumenterebbe anche se si lavorasse su un sistema. Qualsiasi lavoro o calore che entra o esce da un sistema cambia l’energia interna. Tuttavia, poiché l’energia non viene mai creata né distrutta (quindi, la prima legge della termodinamica), il cambiamento nell’energia interna è sempre uguale a zero. Se l’energia viene persa dal sistema, viene assorbita dall’ambiente circostante., Se l’energia viene assorbita in un sistema, allora quell’energia è stata rilasciata dall’ambiente circostante:
\
dove ΔUsystem è l’energia interna totale in un sistema e ΔUSURROUNDINGS è l’energia totale dell’ambiente circostante.,bbc”>
The above figure is a visual example of the First Law of Thermodynamics., I cubi blu rappresentano il sistema e i cerchi gialli rappresentano l’ambiente intorno al sistema. Se l’energia viene persa dal sistema cubo, viene acquisita dall’ambiente circostante. L’energia non viene mai creata né distrutta. Poiché l’area del cubo indizio è diminuita, l’area visiva del cerchio giallo è aumentata. Questo simboleggia come l’energia persa da un sistema viene acquisita dall’ambiente circostante. Gli effetti di diversi ambienti e cambiamenti su un sistema aiutano a determinare l’aumento o la diminuzione di energia interna, calore e lavoro.,v id=”e58a7c820f”>
+ or –
Example \(\PageIndex{1}\)
A gas in a system has constant pressure., I dintorni intorno al sistema perdono 62 J di calore e fa 474 J di lavoro sul sistema. Qual è l’energia interna del sistema?
Soluzione
Per trovare energia interna, ΔU, dobbiamo considerare la relazione tra il sistema e l’ambiente circostante. Poiché la Prima Legge della Termodinamica afferma che l’energia non viene creata né distrutta, sappiamo che tutto ciò che viene perso dall’ambiente circostante viene guadagnato dal sistema. L’area circostante perde calore e funziona sul sistema. Pertanto, q e w sono positivi nell’equazione ΔU=q+w perché il sistema guadagna calore e ottiene il lavoro su se stesso.,
\ &= 536\,J \end{align}\]
Esempio \(\PageIndex{2}\)
Un sistema a volume costante (V=0) e il calore di tutto il sistema aumenta di 45 J.
- Qual è il segno per il calore (q) per il sistema?
- A cosa è ΔU uguale?
- Qual è il valore dell’energia interna del sistema in Joule?
Soluzione
Poiché il sistema ha volume costante (ΔV=0) il termine-PΔV=0 e il lavoro è uguale a zero. Quindi, nell’equazione ΔU=q+w w=0 e ΔU=q. L’energia interna è uguale al calore del sistema., Il calore circostante aumenta, quindi il calore del sistema diminuisce perché il calore non viene creato né distrutto. Pertanto, il calore viene tolto dal sistema rendendolo esotermico e negativo. Il valore dell’Energia interna sarà il valore negativo del calore assorbito dall’ambiente circostante.
- negativo (q<0)
- ΔU=q + (-PΔV) = q+ 0 = q
- ΔU = -45J
