Was ist der erste Hauptsatz der Thermodynamik?
Der erste Hauptsatz der Thermodynamik ist auch als Energieerhaltungssatz bekannt. Es besagt, dass Energie nicht zerstört oder erzeugt werden kann; Es ist im Universum erhalten und muss irgendwo landen, auch wenn es seine Form ändert. Es beinhaltet das Studium von Systemarbeit, Wärme und Energie. Wärmekraftmaschinen führen häufig zu einer Diskussion des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik. Es gilt jedoch als eines der grundlegendsten Naturgesetze.
Sobald man sich mit dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik befasst, beginnt man sofort, die Gleichung zu analysieren und zu berechnen: ΔU = Q - W. Diese Gleichung bedeutet, dass die Änderung der inneren Energie des Systems gleich der Wärme ist dem System hinzugefügt werden, abzüglich der vom System geleisteten Arbeit. Alternativ wird manchmal die Gleichung ΔU = Q + W verwendet. Der einzige Unterschied besteht darin, dass anstelle der vom System geleisteten Arbeit die auf dem System geleistete Arbeit berechnet wird. Mit anderen Worten, Arbeit ist positiv, wenn das System auf seinem umgebenden System arbeitet, und negativ, wenn die Umgebung auf dem System arbeitet.
Beim Studium der Physik gibt es ein bekanntes Beispiel, bei dem einem Gas in einem geschlossenen System Wärme zugeführt wird. In diesem Beispiel wird das Gas so erweitert, dass es funktioniert. Es kann als Kolben dargestellt werden, der Gase in einem Verbrennungsmotor nach unten drückt oder auf diese Druck ausübt. Somit wird die Arbeit vom System erledigt. Alternativ ist es bei der Untersuchung chemischer Prozesse und Reaktionen typisch, die Bedingungen zu untersuchen, unter denen an dem System gearbeitet wird.
Die Standardeinheit zur Berechnung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik ist Joule (J); Viele Rechtswissenschaftler rechnen jedoch auch nach Kalorien oder nach der British Thermal Unit (BTU). Manchmal ist es hilfreich, die Erhaltung anhand der tatsächlichen Zahlen zu berechnen, damit die Leute sehen können, wie das Gesetz funktioniert. Wenn ein Motor 4.000 J Arbeit an seiner Umgebung leistet, verringert sich die innere Energie um 4.000 J. Wenn er während seiner Arbeit auch 5.000 J Wärme abgibt, verringert sich die innere Energie um weitere 5.000 J. Infolgedessen verringert sich die innere Energie Die Energie des Systems nimmt um insgesamt -9.000 J ab.
Bei einer alternativen Berechnung ist das Ergebnis anders, wenn ein System 4.000 J Arbeit an seiner Umgebung leistet und dann 5.000 J Wärme aus seiner Umgebung absorbiert. In diesem Fall gehen 5.000 J Energie ein und 4.000 J Energie gehen aus. Somit beträgt die gesamte innere Energie des Systems 1.000 J.
Schließlich können negative Arbeiten oder Arbeiten, die von der Umgebung am System ausgeführt werden, auch durch Berechnungen hinsichtlich des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik veranschaulicht werden. Wenn das System beispielsweise 4.000 J absorbiert, während die Umgebung gleichzeitig 5.000 J ausführt oder am System arbeitet, wird ein anderes Ergebnis angezeigt. Da alle Energien in das System fließen, springt die gesamte innere Energie auf 9.000 J.