1: A lagen om termodynamik
introduktion
för att förstå förhållandet mellan arbete och värme måste vi förstå en tredjedel, länkande faktor: förändringen i intern energi. Energi kan inte skapas eller förstöras, men den kan omvandlas eller överföras. Intern energi avser all energi inom ett givet system, inklusive molekylers kinetiska energi och den energi som lagras i alla kemiska bindningar mellan molekyler., Med samspelet mellan värme, arbete och inre energi, det finns energiöverföringar och omvandlingar varje gång en förändring görs på ett system. Ingen nettoenergi skapas eller förloras under dessa överföringar.
termodynamikens lag
termodynamikens första lag anger att energi kan omvandlas från en form till en annan med samspelet mellan värme, arbete och inre energi, men det kan inte skapas eller förstöras under några omständigheter., Matematiskt är detta representerat som
\
med
- \(ΔU\) är den totala förändringen i intern energi i ett system,
- \(q\) är värmen som utbyts mellan ett system och dess omgivningar, och
- \(w\) är det arbete som utförs av eller på systemet.
arbetet är också lika med det negativa externa trycket på systemet multiplicerat med volymförändringen:
\
systemets interna energi skulle minska om systemet avger värme eller fungerar., Därför ökar systemets interna energi när värmen ökar (detta skulle göras genom att lägga till värme i ett system). Den interna energin skulle också öka om arbetet utfördes på ett system. Allt arbete eller värme som går in i eller ut ur ett system förändrar den interna energin. Men eftersom energi aldrig skapas eller förstörs (således termodynamikens första lag) är förändringen i inre energi alltid lika med noll. Om energi förloras av systemet absorberas den av omgivningen., Om energi absorberas i ett system, släpptes den energin av omgivningen:
\
där ΔUsystem är den totala interna energin i ett system och ΔUsurroundingsis den totala energin i omgivningen.,bbc”>
The above figure is a visual example of the First Law of Thermodynamics., De blå kuberna representerar systemet och de gula cirklarna representerar omgivningen runt systemet. Om energi förloras av kubsystemet så vinns det av omgivningen. Energi skapas aldrig eller förstörs. Eftersom området för ledtrådskuben minskade det visuella området i den gula cirkeln ökade. Detta symboliserar hur energi som förloras av ett system uppnås av omgivningen. Påverkan av olika omgivningar och förändringar på ett system hjälper till att bestämma ökningen eller minskningen av inre energi, värme och arbete.,v id=”e58a7c820f”>
+ or –
Example \(\PageIndex{1}\)
A gas in a system has constant pressure., Omgivningen runt systemet förlorar 62 J värme och gör 474 J arbete på systemet. Vad är systemets interna energi?
lösning
för att hitta intern energi, ΔU, måste vi överväga förhållandet mellan systemet och omgivningen. Eftersom termodynamikens första lag säger att energi inte skapas eller förstörs vet vi att allt som förloras av omgivningen uppnås av systemet. Omgivningen förlorar värme och fungerar på systemet. Därför är q och w positiva i ekvationen ΔU=q + w eftersom systemet får värme och får arbete på sig själv.,
\ &= 536\,J \end{align}\]
exempel \(\PageIndex{2}\)
ett system har konstant volym (ΔV=0) och värmen runt systemet ökar med 45 J.
- vad är tecknet för värme (q) för systemet?
- Vad är ΔU lika med?
- vad är värdet av systemets interna energi i Joules?
lösning
eftersom systemet har konstant volym (ΔV=0) är termen-PΔV=0 och arbetet är lika med noll. Således, i ekvationen ΔU=q + w = 0 och ΔU = q. den inre energin är lika med systemets värme., Den omgivande värmen ökar, så systemets värme minskar eftersom värmen inte skapas eller förstörs. Därför tas värme bort från systemet vilket gör det exotermt och negativt. Värdet av intern energi kommer att vara det negativa värdet av den värme som absorberas av omgivningen.
- negativ (q <0)
- ΔU=q +(- PΔV) = q + 0 = q
- ΔU = – 45J
