Qual è la prima legge della termodinamica?
La prima legge della termodinamica è anche conosciuta come la legge di conservazione dell'energia. Afferma che l'energia non può essere distrutta o creata; è conservato nell'universo e deve finire da qualche parte, anche se cambia forma. Implica lo studio del lavoro del sistema, del calore e dell'energia. I motori termici spesso stimolano una discussione sulla prima legge della termodinamica; tuttavia, è considerata una delle leggi fondamentali della natura.
Una volta che le persone si immergono nello studio della prima legge della termodinamica, iniziano immediatamente ad analizzare e calcolare l'equazione associata alla legge: ΔU = Q - W. Questa equazione significa che il cambiamento nell'energia interna del sistema è uguale al calore aggiunto al sistema meno il lavoro svolto dal sistema. In alternativa, a volte viene utilizzata l'equazione ΔU = Q + W. L'unica differenza è che calcola il lavoro svolto sul sistema, anziché il lavoro svolto dal sistema. In altre parole, il lavoro è positivo quando il sistema funziona sul suo sistema circostante e negativo quando l'ambiente funziona sul sistema.
Quando si studia fisica, c'è un esempio comune che prevede l'aggiunta di calore a un gas in un sistema chiuso. L'esempio continua espandendo quel gas in modo che funzioni. Può essere visualizzato come un pistone che spinge verso il basso o applica pressione sui gas in un motore a combustione interna. Pertanto, il lavoro viene svolto dal sistema. In alternativa, quando si studiano i processi e le reazioni chimiche, è tipico studiare le condizioni in cui si lavora sul sistema.
L'unità standard per il calcolo della prima legge della termodinamica è Joules (J); tuttavia, molte persone che studiano la legge fanno anche i loro calcoli in termini di calorie o British Thermal Unit (BTU). A volte è utile calcolare la conservazione con numeri reali, in questo modo si consente alle persone di vedere come funziona la legge. Se un motore esegue 4.000 J di lavoro nei dintorni, l'energia interna diminuisce di 4.000 J. Se rilascia anche 5.000 J di calore mentre è in funzione, l'energia interna diminuisce di ulteriori 5.000 J. Di conseguenza, l'interno l'energia del sistema diminuisce di un totale di -9.000 J.
In un calcolo alternativo, se un sistema esegue 4.000 J di lavoro nell'ambiente circostante e quindi assorbe 5.000 J di calore dall'ambiente circostante, il risultato è diverso. In quel caso, ci sono 5.000 J di energia in entrata e 4.000 J di energia in uscita. Pertanto, l'energia interna totale del sistema è di 1.000 J.
Infine, il lavoro negativo o il lavoro svolto sul sistema dall'ambiente circostante può essere esemplificato anche attraverso calcoli riguardanti la prima legge della termodinamica. Ad esempio, se il sistema assorbe 4.000 J mentre l'ambiente circostante esegue contemporaneamente 5.000 J o lavora sul sistema, si vedrà un altro risultato. Poiché tutte le energie fluiscono nel sistema, l'energia interna totale salta fino a 9.000 J.