熱力学の第1法則
はじめに
仕事と熱の関係を理解するためには、内部エネルギーの変化である第三のリンク要因を理解する必要があります。 エネルギーは創造も破壊もできませんが、変換または転送することができます。 内部エネルギーは、分子の運動エネルギーおよび分子間の化学結合のすべてに蓄積されたエネルギーを含む、所与のシステム内のすべてのエネルギーを指す。, 熱、仕事および内部エネルギーの相互作用によって、変更がシステムになされる度にエネルギー移動および転換がある。 しかし、純エネルギーが作成され又は紛失されます。
熱力学の法則
熱力学の第一法則は、エネルギーは熱、仕事、内部エネルギーの相互作用によってある形態から別の形態に変換することができるが、いかなる状, 数学的には、これは
\
として表され、
- \(ΔU\)はシステムの内部エネルギーの全変化であり、
- \(q\)はシステムとその周囲の間で交換される熱であり、
- \(w\)はシステムによってまたはシステム上で行われる作業である。
仕事はまた、システム上の負の外圧に体積の変化を乗じたものに等しい：
\
システムが熱を放つか、または動作する場合、システムの内部エネルギーは減少する。, したがって、熱が増加するとシステムの内部エネルギーが増加する（これはシステムに熱を加えることによって行われる）。 内部エネルギーはまた仕事がシステムに行われたら増加する。 システムに出入りする作業や熱は、内部エネルギーを変化させます。 しかし、エネルギーは決して創造されず破壊されることはないので（したがって、熱力学の第一法則）、内部エネルギーの変化は常にゼロに等しい。 エネルギーがシステムによって失われると、それは周囲に吸収されます。, エネルギーがシステムに吸収される場合、そのエネルギーは周囲によって放出されました：
\
ここで、ΔUsystemはシステム内の全内部エネルギーであり、Δusurroundingは周囲の全エネルギーです。,bbc”>
The above figure is a visual example of the First Law of Thermodynamics., 青い立方体はシステムを表し、黄色の円はシステムの周りの環境を表します。 エネルギーが立方体システムによって失われればそれは環境によって得られる。 エネルギ 手掛かりキューブの面積が減少したので、黄色の円の視覚領域が増加した。 これを象徴するエネルギーを紛失したシステムによって、を評価することが不可欠である。 異なった環境の影響およびシステムの変更は内部エネルギー、熱および仕事の増加か減少を定めるのを助ける。,v id=”e58a7c820f”>
+ or –
Example \(\PageIndex{1}\)
A gas in a system has constant pressure., システムのまわりの環境は熱の62Jを失い、システムに仕事の474Jをする。 システムの内部エネルギーは何ですか？
解
内部エネルギー ΔUを見つけるためには、システムと周囲の関係を考慮する必要があります。 熱力学の第一法則は、エネルギーが創造されたり破壊されたりしないと述べているので、周囲によって失われたものはシステムによって得られるこ 周囲は熱を失い、システム上で動作します。 したがって、システムが熱を得てそれ自体で作業を行うため、qとwは式ΔU=q+wで正になります。,
\&=536\,J\end{align}\]
例\(\PageIndex{2}\)
システムは一定の体積（ΔV=0）を持ち、システムの周りの熱は45J増加します。
- 熱の符号は何ですか（q）システムのために？
- ΔUは何に等しいですか？li>
- ジュールのシステムの内部エネルギーの値は何ですか？
ソリューション
システムは一定の体積（ΔV=0）を有するので、項-PΔV=0および仕事はゼロに等しい。 したがって、式ΔU=q+w w=0およびΔU=qにおいて、内部エネルギーは系の熱に等しい。, 周囲の熱が増加するので、熱が生成されたり破壊されたりしないため、システムの熱が減少します。 従って、熱はそれを発熱および否定的にさせるシステムから取り除かれます。 内部エネルギーの値は、周囲に吸収された熱の負の値になります。
- ネガティブ(q<0)
- ΔU=q+(-PΔV)=q+0=q
- ΔU=-45J
