Hva er den første loven om termodynamikk?

Den første loven om termodynamikk er også kjent som loven om bevaring av energi. Den sier at energi ikke kan ødelegges eller skapes; det er bevart i universet og må havne et sted, selv om det endrer form. Det innebærer studier av systemarbeid, varme og energi. Varmemotorer gir ofte en diskusjon om termodynamikkens første lov; det regnes imidlertid som en av de mest grunnleggende naturlovene.

Når folk har dypet seg inn i studiet av den første loven om termodynamikk, begynner de umiddelbart å analysere og beregne ligningen knyttet til loven: ΔU = Q - W. Denne ligningen betyr at endringen i den indre energien i systemet er lik varmen lagt til systemet mindre arbeidet som er gjort av systemet. Alternativt brukes noen ganger ligningen ΔU = Q + W. Den eneste forskjellen er at det beregnes arbeidet som er gjort på systemet, i stedet for det arbeidet som er gjort av systemet. Med andre ord, arbeid er positivt når systemet fungerer på det omkringliggende systemet og negativt når omgivelsene fungerer på systemet.

Når du studerer fysikk, er det et vanlig eksempel som innebærer å tilføre varme til en gass i et lukket system. Eksemplet fortsetter med å utvide den gassen slik at den fungerer. Det kan visualiseres som et stempel som skyver ned eller utøver trykk på gasser i en forbrenningsmotor. Dermed blir arbeidet utført av systemet. Alternativt, når man studerer kjemiske prosesser og reaksjoner, er det typisk å studere forhold der det arbeides med systemet.

Standardenheten for beregning av den første loven om termodynamikk er Joules (J); Imidlertid er det mange som studerer loven som også gjør beregningene sine når det gjelder kalori eller British Thermal Unit (BTU). Noen ganger er det nyttig å beregne bevaring med faktiske tall, og gjør det slik at folk kan se hvordan loven fungerer. Hvis en motor utfører 4.000 J arbeid i omgivelsene, reduseres den indre energien med 4.000 J. Hvis den også frigjør 5.000 J varme mens den fungerer, reduseres den indre energien med ytterligere 5.000 J. Som et resultat av den interne energien i systemet reduseres med totalt -9.000 J.

I et alternativt regnestykke, hvis et system gjør 4000 J arbeid på omgivelsene sine og deretter tar opp 5000 J varme fra omgivelsene, blir resultatet annerledes. I så fall går det inn 5000 J energi og 4000 J energi. Dermed er systemets totale indre energi 1.000 J.

Til slutt kan negativt arbeid eller arbeid utført på systemet av omgivelsene eksemplifiseres ved beregninger angående den første loven om termodynamikk. For eksempel, hvis systemet tar opp 4000 J mens omgivelsene samtidig utfører 5000 J eller arbeider på systemet, vil et annet resultat sees. Siden alle energiene strømmer inn i systemet, hopper den totale interne energien opp til 9.000 J.