Jakie jest pierwsze prawo termodynamiki?
Pierwsza zasada termodynamiki znana jest również jako prawo zachowania energii. Stwierdza, że energii nie można zniszczyć ani stworzyć; jest zachowany we wszechświecie i musi gdzieś skończyć, nawet jeśli zmieni formy. Obejmuje badanie pracy systemu, ciepła i energii. Silniki cieplne często skłaniają do dyskusji na temat pierwszej zasady termodynamiki; jest jednak uważany za jedno z najbardziej podstawowych praw natury.
Gdy ludzie zagłębią się w badanie pierwszej zasady termodynamiki, natychmiast zaczynają analizować i obliczać równanie związane z prawem: ΔU = Q - W. To równanie oznacza, że zmiana energii wewnętrznej układu jest równa ciepłu dodane do systemu pomniejszone o pracę wykonaną przez system. Alternatywnie czasami stosuje się równanie UU = Q + W. Jedyną różnicą jest to, że oblicza pracę wykonaną w systemie zamiast pracy wykonanej przez system. Innymi słowy, praca jest dodatnia, gdy system działa na otaczającym systemie, a ujemna, gdy otoczenie działa na systemie.
Podczas studiowania fizyki istnieje powszechny przykład polegający na dodawaniu ciepła do gazu w układzie zamkniętym. Przykład kontynuuje ekspansję tego gazu, aby działał. Można to zobrazować jako tłok pchający w dół lub wywierający nacisk na gazy w silniku spalinowym. Tak więc praca jest wykonywana przez system. Alternatywnie, podczas badania procesów i reakcji chemicznych typowe jest badanie warunków, w których wykonywana jest praca w systemie.
Standardową jednostką obliczającą pierwszą zasadę termodynamiki jest Joules (J); jednak wiele osób studiujących prawo oblicza również liczbę kalorii lub brytyjską jednostkę termiczną (BTU). Czasami pomocne jest obliczenie ochrony z rzeczywistymi liczbami, dzięki czemu ludzie mogą zobaczyć, jak działa prawo. Jeśli silnik wykonuje 4000 J pracy na swoim otoczeniu, energia wewnętrzna zmniejsza się o 4000 J. Jeśli uwalnia również 5000 J ciepła podczas pracy, wówczas energia wewnętrzna zmniejsza się o dodatkowe 5000 J. W rezultacie wewnętrzna energia układu spada łącznie o -9,000 J.
W alternatywnym obliczeniu, jeśli system wykona 4000 J pracy na swoim otoczeniu, a następnie pochłonie 5000 J ciepła z otoczenia, wynik jest inny. W takim przypadku dochodzi do 5000 J energii i 4000 J energii. Zatem całkowita energia wewnętrzna systemu wynosi 1000 J.
Wreszcie negatywną pracę lub pracę wykonaną w systemie przez otoczenie można zilustrować również poprzez obliczenia dotyczące pierwszej zasady termodynamiki. Na przykład, jeśli system pochłonie 4000 J, ponieważ otoczenie jednocześnie wykonuje 5000 J lub pracuje w systemie, zobaczysz inny wynik. Ponieważ wszystkie energie wpływają do układu, całkowita energia wewnętrzna skacze do 9 000 J.