Termodynamiikan Ensimmäinen Laki todetaan, että lämpö on energian muoto, ja termodynaamiset prosessit ovat siis sovelleta periaatetta säästö. Tämä tarkoittaa sitä, että lämpöenergiaa ei voi luoda tai tuhota. Se voidaan kuitenkin siirtää paikasta toiseen ja muuntaa muihin energiamuotoihin ja muista energiamuodoista.

Termodynamiikka on haara fysiikka, joka käsittelee suhteita lämmön ja muiden energiamuotojen., Se kuvaa erityisesti sitä, miten lämpöenergia muuntuu muihin energiamuotoihin ja niistä pois ja miten se vaikuttaa Materiaan. Termodynamiikan perusperiaatteet on ilmaistu neljässä laissa.

”Ensimmäinen Laki sanoo, että sisäinen energia järjestelmä on yhtä suuri kuin työ, joka on tehty järjestelmä, plus tai miinus lämpöä, joka virtaa sisään tai ulos järjestelmä ja muut mahdolliset työt, jotka on tehty järjestelmä,” sanoi Saibal Mitra, professori fysiikan at Missouri State University. ”Se on siis energian säilyttämisen oikaisu.,”

Mitra jatkoi, ”muutos sisäinen energia järjestelmä on summa kaikki energia, tulot ja lähdöt, ja järjestelmästä samoin, miten kaikki talletukset ja nostot sinua tekemään määrittää muutokset pankkisi tasapaino.”Tämä ilmaistaan matemaattisesti: ΔU = Q – W, missä ΔU on muuttaa sisäistä energiaa, Q on lämmön lisätään järjestelmään, ja W on työ, jota järjestelmä.,

Historia

Tutkijat vuonna myöhässä 18th ja varhaisen 19. vuosisatojen noudattaa kalorien teoria, ensimmäinen ehdotettu Antoine Lavoisier vuonna 1783, ja edelleen vahvistunut työn Sadi Carnot ’ n vuonna 1824, mukaan American Physical Society. Kalorien teoria käsitelty lämpöä eräänlaisena nestettä, joka luonnollisesti virtasi kuuma ja kylmä alueilla, niin paljon kuin vesi virtaa ylhäältä alas paikkoja. Kun tämä kalorien neste virtasi kuuma kylmä alueella, se voi muuntaa kineettistä energiaa ja tehdä työtä paljon kuin putoavaa vettä voisi ajaa veden pyörä., Vasta Rudolph Clausius julkaisi ”The Mechanical Theory of Heatin” vuonna 1879, caloric theory saatiin vihdoin levolle.

Termodynaaminen järjestelmät

Energia voidaan jakaa kahteen osaan, mukaan David McKee, professori fysiikan at Missouri Southern State-Yliopistossa. Yksi niistä on ihmisen mittainen makroskooppinen panoksemme, kuten kaasujärjestelmän päälle liikkuva ja työntävä mäntä. Päinvastoin, asiat tapahtuvat hyvin pienessä mittakaavassa, jossa emme voi seurata yksittäisiä maksuja.,

McKee kertoo, ”Kun laitoin kaksi näytettä metalli toisiaan vastaan, ja atomit ovat hurja ympäri rajalla, ja kaksi atomia pomppia osaksi toisiaan, ja yksi tulee pois nopeammin kuin muut, en voi seurata sitä. Se tapahtuu hyvin pienessä ajassa ja hyvin pieni etäisyys, ja se tapahtuu monta kertaa sekunnissa. Joten, me vain jakaa kaikki energian siirto kahteen ryhmään:asioita aiomme pitää kirjaa, ja asioita emme pidä kirjaa. Jälkimmäistä kutsutaan lämmöksi.,”

termodynaamisia järjestelmiä pidetään yleensä avoimina, suljettuina tai eristettyinä. Mukaan University of California, Davis, avoin järjestelmä, vapaasti vaihtoa energiaa ja vaivaa sen ympäristössä; suljettu järjestelmä vaihtoa energiaa, mutta ei materiaa ympäristönsä kanssa; ja eristetty järjestelmä ei vaihda energiaa tai materiaa ympäristönsä kanssa. Esimerkiksi potin kiehuvaa keitto saa energiaa liesi, säteilee lämpöä pannulla, ja lähettää asian höyryn muodossa, joka myös kuljettaa mukanaan lämpöenergiaa. Tämä olisi avoin järjestelmä., Jos me laittaa tiukka kansi potin, se olisi silti säteillä lämpöenergiaa, mutta se ei enää säteile väliä höyryn muodossa. Tämä olisi suljettu järjestelmä. Kuitenkin, jos me kaada keitto täydellisesti eristetty termospullo ja sulje kansi, ei olisi mitään energiaa, tai asia menee sisään tai ulos järjestelmä. Tämä olisi eristetty järjestelmä.

käytännössä täysin eristettyjä järjestelmiä ei kuitenkaan voi olla olemassa. Kaikki järjestelmät siirtävät energiaa ympäristöönsä säteilyn kautta riippumatta siitä, kuinka hyvin eristettyjä ne ovat., Termospullon keitto pysyy kuumana vain muutaman tunnin ja saavuttaa huoneenlämmön seuraavaan päivään mennessä. Toisessa esimerkissä, valkoinen kääpiö tähteä, kuuma jäänteitä palanut tähteä, joka ei enää tuota energiaa, voi olla eristetty valo-vuotta lähes täydellinen tyhjiö tähtienvälisen avaruuden, mutta ne lopulta jäähtyä useita kymmeniä tuhansia astetta lähelle absoluuttista nollapistettä, koska energian menetys läpi säteilyn. Vaikka tämä prosessi kestää kauemmin kuin maailmankaikkeuden nykyinen ikä, sitä ei voi pysäyttää.,

lämpömoottorit

ensimmäisen lain yleisin käytännön soveltaminen on lämpökone. Lämpövoimakoneet muuttavat lämpöenergian mekaaniseksi energiaksi ja päinvastoin. Useimmat kuumamoottorit kuuluvat avoimien järjestelmien luokkaan. Lämpökoneen perusperiaate hyödyntää toimivan nesteen lämmön, tilavuuden ja paineen välisiä suhteita. Tämä neste on yleensä kaasua, mutta joissakin tapauksissa se voi käydä läpi vaihe muuttuu kaasusta nesteeksi ja takaisin kaasua koko ajan.

Kun kaasua lämmitetään, se laajenee; kuitenkin, kun että kaasu on suljettu, se lisää painetta., Jos pohja seinään synnytyksen jaosto on alkuun liikkuva mäntä, tämä paine kohdistaa voiman männän aiheuttaa sen liikkua alaspäin. Tämä liike voidaan sitten valjastaa tekemään työtä, joka on yhtä suuri kuin männän yläosaan kohdistuva kokonaisvoima kertaa männän siirtämän etäisyyden.

peruslämpömoottorista on lukuisia variaatioita. Esimerkiksi höyrykoneet luottavat ulkoiseen palamiseen lämmittääkseen kattilasäiliötä, joka sisältää käyttönestettä, tyypillisesti vettä., Vesi muunnetaan höyryksi, minkä jälkeen paineella ajetaan mäntää, joka muuntaa lämpöenergian mekaaniseksi energiaksi. Autojen moottoreita, kuitenkin, käyttää polttomoottori, jossa nestemäinen polttoaine höyrystyy, sekoittuu ilmaa ja sytytetään sisällä sylinterin yläpuolella liikkuva mäntä ajo sitä alaspäin.

Jääkaapit, ilmastointilaitteet ja lämpöpumput

jäähdyttimet ja lämpöpumput ovat lämpöä moottoreita, jotka muuntavat mekaanista energiaa lämmöksi. Useimmat näistä kuuluvat suljettujen järjestelmien luokkaan. Kun kaasu puristetaan, sen lämpötila nousee., Tämä kuuma kaasu voi sitten siirtää lämpöä ympäröivään ympäristöönsä. Sitten, kun puristetun kaasun annetaan laajentua, sen lämpötila muuttuu kylmemmäksi kuin se oli ennen puristamista, koska osa sen lämpöenergiasta poistettiin kuuman syklin aikana. Tämä kylmä kaasu voi sitten imeä lämpöenergiaa ympäristöstään. Tämä on ilmastointilaitteen takana oleva rehtori. Ilmastointilaitteet eivät itse asiassa tuota kylmää, ne poistavat lämpöä. Käyttöneste siirretään ulos mekaanisella pumpulla, jossa se lämmitetään puristamalla., Seuraavaksi se siirtää lämmön ulkoilmaympäristöön, yleensä ilmajäähdytteisen lämmönvaihtimen kautta. Sitten se tuodaan takaisin sisätiloihin, jossa sen annetaan laajentua ja jäähtyä, jotta se voi imeä sisäilmasta lämpöä toisen lämmönvaihtimen kautta.

lämpöpumppu on yksinkertaisesti käänteisesti toimiva ilmastointilaite. Puristetun käyttönesteen lämpöä käytetään rakennuksen lämmittämiseen. Se on sitten siirtää ulkopuolella, jossa se laajenee ja tulee kylmä, jolloin se imee lämpöä ulkoilmasta, joka jopa talvella on yleensä lämpimämpää kuin kylmä työ-nestettä.,

Maalämpö-tai maa-lähde ilmastointi ja lämpöpumppu järjestelmät käyttävät pitkä U-muotoinen putket syvistä kaivoista tai joukko vaaka-putket haudattu suuri alue, jonka kautta työ-nestettä kierrätetään, ja lämpö siirretään tai maasta. Muissa järjestelmissä käytetään jokia tai merivettä työntyvän nesteen lämmittämiseen tai jäähdyttämiseen.