Mi a termodinamika első törvénye?

A termodinamika első törvénye kimondja, hogy a hő az energia egyik formája, ezért a termodinamikai folyamatok az energia megőrzésének elve alá tartoznak. Ez azt jelenti, hogy a hőenergiát nem lehet létrehozni vagy megsemmisíteni. Ez azonban egyik helyről a másikra átvihető, és átalakítható az energia más formáiba és formáiba.

A termodinamika a fizika azon ága, amely a hő és az energia egyéb formái közötti kapcsolatokkal foglalkozik., Különösen azt írja le, hogy a hőenergia hogyan alakul át az energia más formáira, illetve azok hogyan hatnak az anyagra. A termodinamika alapelveit négy törvény fejezi ki.

“Az első törvény azt mondja, hogy egy rendszer belső energiájának meg kell egyeznie a rendszeren végzett munkával, plusz vagy mínusz a rendszerbe be-vagy kiáramló hő és bármely más, a rendszeren végzett munka” – mondta Saibal Mitra, a Missouri Állami Egyetem fizika professzora. “Tehát ez az energia megőrzésének újragondolása.,”

Mitra folytatás, ” a változás a belső energia egy rendszer az összeg az összes energia bemenet és kimenetek a rendszer, valamint a hasonló ahhoz, hogy az összes betét és kivonás, hogy meghatározza a változásokat a bankegyenleg.”Ezt matematikailag a következőképpen fejezzük ki: ΔU = Q-W, ahol ΔU a belső energia változása, Q a rendszerhez hozzáadott hő, W pedig a rendszer által végzett munka.,

történelem

a tudósok a 18. század végén és a 19. század elején ragaszkodtak a kalóriaelmélethez, amelyet először Antoine Lavoisier javasolt 1783-ban, majd tovább erősítették Sadi Carnot munkája 1824-ben, az Amerikai Fizikai társadalom szerint. A kalóriaelmélet a hőt egyfajta folyadékként kezelte, amely természetesen melegről hideg régiókra áramlott, ugyanúgy, mint a víz magasról alacsonyra áramlik. Amikor ez a kalóriafolyadék egy forróról egy hideg régióba áramlott, akkor kinetikus energiává alakítható, és úgy működik, hogy a leeső víz meghajtja a vízkereket., Rudolph Clausius csak 1879-ben tette közzé a “The Mechanical Theory of Heat” – et, hogy a kalóriaelméletet végül pihentették.

termodinamikai rendszerek

az energia két részre osztható David McKee, a Missouri Southern State University fizika professzora szerint. Az egyik az emberi léptékű makroszkopikus hozzájárulásunk,például egy gázrendszeren mozgó és nyomó dugattyú. Ezzel szemben a dolgok nagyon apró léptékben történnek, ahol nem tudjuk nyomon követni az egyes hozzájárulásokat.,

McKee elmagyarázza: “amikor két fémmintát helyezek egymás ellen, és az atomok csörögnek körül a határon, és két atom ugrál egymásba, és az egyik gyorsabban jön le, mint a másik, nem tudom nyomon követni. Ez nagyon kis időtávon és nagyon kis távolságon történik, és sokszor, sokszor másodpercenként történik. Tehát az összes energiaátadást két csoportra osztjuk: azokra a dolgokra, amiket nyomon fogunk követni, és azokra, amiket nem fogunk követni. Ez utóbbit nevezzük hőnek.,”

a termodinamikai rendszereket általában nyitottnak, zártnak vagy elszigeteltnek tekintik. Szerint a University of California Davis, egy nyitott rendszer szabadon cserék energia számít a környezetébe; egy zárt rendszer cserék energiát, de nem számít, a környezetébe; valamint egy elszigetelt rendszer nem exchange energia vagy anyag, a környezetben. Például egy fazék forró leves energiát kap a tűzhelyből, hőt sugároz a serpenyőből, anyagot bocsát ki gőz formájában, amely hőenergiát is hordoz. Ez egy nyitott rendszer lenne., Ha szűk fedelet helyezünk a potra, akkor még mindig hőenergiát sugároz, de már nem bocsát ki anyagot gőz formájában. Ez egy zárt rendszer lenne. Ha azonban egy tökéletesen szigetelt termoszos palackba öntenénk a levest, és lezárnánk a fedelet, akkor nem lenne energia vagy anyag, amely a rendszerbe kerülne vagy ki. Ez egy elszigetelt rendszer lenne.

a gyakorlatban azonban tökéletesen elszigetelt rendszerek nem létezhetnek. Minden rendszer sugárzáson keresztül továbbítja az energiát a környezetébe, függetlenül attól, hogy mennyire jól szigeteltek., A termoszban lévő leves csak néhány órán át forró marad, majd a következő napra eléri a szobahőmérsékletet. Egy másik példában, a fehér törpe csillagok, a kiégett csillagok forró maradványai, amelyek már nem termelnek energiát, a csillagközi térben közel tökéletes vákuum fényévekkel szigetelhetők, ám végül több tízezer fokról abszolút nulla közelébe lehűlnek a sugárzás által okozott energiaveszteség miatt. Bár ez a folyamat hosszabb időt vesz igénybe, mint az univerzum jelenlegi kora, nincs megállás.,

hőmotorok

az első törvény leggyakoribb gyakorlati alkalmazása a hőmotor. A hőmotorok a hőenergiát mechanikai energiává alakítják át, és fordítva. A legtöbb hőmotor a nyílt rendszerek kategóriájába tartozik. A hőmotor alapelve kihasználja a munkafolyadék hő -, térfogat-és nyomásának összefüggéseit. Ez a folyadék jellemzően egy gáz, de egyes esetekben fázisváltozásokon megy keresztül gázról folyadékra, majd egy ciklus alatt vissza a gázra.

amikor a gáz felmelegszik, kitágul; azonban, ha ez a gáz korlátozott, növeli a nyomást., Ha a zárt kamra alsó fala egy mozgatható dugattyú teteje, akkor ez a nyomás erőt fejt ki a dugattyú felületén, ami lefelé mozog. Ezt a mozgást ezután úgy lehet hasznosítani, hogy a dugattyú tetejére alkalmazott teljes erővel megegyező munkát végezzen a dugattyú mozgásának távolságával.

az alaphőmotoron számos variáció létezik. Például a gőzgépek külső égésre támaszkodnak, hogy felmelegítsék a munkafolyadékot tartalmazó kazántartályt, jellemzően vizet., A vizet gőzzel alakítják át, majd a nyomást olyan dugattyú vezetésére használják, amely a hőenergiát mechanikai energiává alakítja. Az autómotorok azonban belső égésű motorokat használnak, ahol a folyékony üzemanyag elpárolog, levegővel keveredik, és egy henger belsejében meggyullad egy mozgatható dugattyú felett, amely lefelé hajtja.