Что такое первый закон термодинамики?

Первый закон термодинамики также известен как закон сохранения энергии. Это заявляет, что энергия не может быть разрушена или создана; оно сохраняется во вселенной и должно где-то оказаться, даже если оно изменит свои формы. Это включает изучение работы системы, тепла и энергии. Тепловые двигатели часто вызывают обсуждение первого закона термодинамики; тем не менее, он считается одним из самых фундаментальных законов природы.

Как только люди углубляются в изучение первого закона термодинамики, они сразу начинают анализировать и вычислять уравнение, связанное с законом: ΔU = Q - W. Это уравнение означает, что изменение внутренней энергии системы равно теплу добавил к системе меньше работы, проделанной системой. В альтернативном варианте иногда используется уравнение U = Q + W. Единственное отличие состоит в том, что он вычисляет работу, выполненную в системе, а не работу, выполненную системой. Другими словами, работа положительна, когда система работает над окружающей ее системой, и отрицательна, когда среда работает в системе.

При изучении физики есть общий пример, который включает добавление тепла к газу в замкнутой системе. Пример продолжается, расширяя этот газ, чтобы он работал. Это можно представить как толкание поршня или давление газа в двигателе внутреннего сгорания. Таким образом, работа выполняется системой. В качестве альтернативы, при изучении химических процессов и реакций, типично изучать условия, когда работа выполняется в системе.

Стандартной единицей для вычисления первого закона термодинамики является Джоуль (Дж); однако, многие люди, изучающие закон, также делают свои расчеты с точки зрения калорий или британской термической единицы (BTU). Иногда полезно рассчитать сохранение с фактическими числами, так как это позволяет людям увидеть, как работает закон. Если двигатель выполняет 4000 Дж работы над своим окружением, внутренняя энергия уменьшается на 4000 Дж. Если он также выделяет 5000 Дж тепла во время работы, то внутренняя энергия уменьшается еще на 5000 Дж. В результате внутренняя энергия энергия системы уменьшается в общей сложности на -9000 Дж.

В альтернативном вычислении, если система выполняет 4000 Дж работы в своем окружении, а затем поглощает 5000 Дж тепла из своего окружения, результат будет другим. В этом случае поступает 5000 Дж энергии и выходит 4000 Дж энергии. Таким образом, общая внутренняя энергия системы составляет 1000 Дж.

Наконец, отрицательная работа или работа, выполненная в системе окружающей средой, может быть проиллюстрирована на примере вычислений относительно первого закона термодинамики. Например, если система поглощает 4000 Дж, когда окружение одновременно выполняет 5000 Дж или работает в системе, будет виден другой результат. Поскольку все энергии поступают в систему, общая внутренняя энергия возрастает до 9 000 Дж.