Hvad er den første lov om termodynamik?

Den første lov om termodynamik er også kendt som loven om bevarelse af energi. Den siger, at energi ikke kan ødelægges eller skabes; det er bevaret i universet og skal ende et sted, selvom det ændrer form. Det involverer studiet af systemarbejde, varme og energi. Varmemotorer beder ofte om en diskussion af termodynamikens første lov; dog betragtes det som en af ​​de mest grundlæggende naturlover.

Når mennesker er gået i dybden med studiet af den første lov om termodynamik, begynder de straks at analysere og beregne ligningen, der er forbundet med loven: ΔU = Q - W. Denne ligning betyder, at ændringen i systemets indre energi er lig med varmen tilføjet til systemet minus det arbejde, der udføres af systemet. Alternativt bruges undertiden ligningen ΔU = Q + W. Den eneste forskel er, at det beregner det arbejde, der er udført på systemet, i stedet for det arbejde, der udføres af systemet. Med andre ord er arbejde positivt, når systemet fungerer på det omgivende system, og negativt, når omgivelserne fungerer på systemet.

Når man studerer fysik, er der et almindeligt eksempel, der involverer tilføjelse af varme til en gas i et lukket system. Eksemplet fortsætter med at udvide denne gas, så den fungerer. Det kan visualiseres som et stempel, der skubber ned eller udøver tryk på gasser i en forbrændingsmotor. Arbejdet udføres således af systemet. Alternativt, når man studerer kemiske processer og reaktioner, er det typisk at undersøge betingelser, hvor der arbejdes på systemet.

Standardenheden til beregning af termodynamikens første lov er Joules (J); mange mennesker, der studerer loven, foretager imidlertid også deres beregninger med hensyn til kalorier eller den britiske termiske enhed (BTU). Det er undertiden nyttigt at beregne bevarelse med faktiske tal, hvilket gør det muligt for folk at se, hvordan loven fungerer. Hvis en motor udfører 4.000 J arbejde på sin omgivelse, falder den indre energi med 4.000 J. Hvis den også frigiver 5.000 J varme, mens den arbejder, falder den interne energi med yderligere 5.000 J. Som et resultat af den interne systemets energi falder med i alt -9.000 J.

I en alternativ beregning, hvis et system udfører 4.000 J arbejde på dets omgivelser og derefter absorberer 5.000 J varme fra dets omgivelser, er resultatet anderledes. I dette tilfælde går der 5.000 J energi ind og 4.000 J energi går ud. Systemets samlede interne energi er således 1.000 J.

Endelig kan negativt arbejde eller arbejde, der udføres på systemet af omgivelserne, også eksemplificeres gennem beregninger vedrørende den første lov om termodynamik. For eksempel, hvis systemet absorberer 4.000 J, da omgivelserne samtidig udfører 5.000 J eller arbejder på systemet, vil et andet resultat ses. Da alle energier flyder ind i systemet, hopper den samlede interne energi op til 9.000 J.