Πώς είναι η παραγωγή της θερμοδυναμικής του 1ου νόμου;
Ακολουθεί μια κατανομή του τρόπου με τον οποίο φτάνουμε στον πρώτο νόμο:
1. Η έννοια της ενέργειας:
- Η ενέργεια είναι μια θεμελιώδη έννοια που αντιπροσωπεύει την ικανότητα να δουλεύει. Παρατηρούμε ότι υπάρχουν διαφορετικές μορφές ενέργειας (θερμότητα, μηχανική, χημική, κλπ.) Και ότι μπορούν να μετατραπούν από τη μία μορφή σε άλλη.
- Παρατήρηση: Δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ η διαδικασία για να δημιουργήσει ενέργεια από το τίποτα ή να καταστρέψει εντελώς την ενέργεια.
2. Η διατήρηση της ενέργειας:
- Η παρατήρηση των μετασχηματισμών ενέργειας οδηγεί στην αρχή της διατήρησης της ενέργειας :Η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί, μετασχηματίστηκε μόνο από τη μία μορφή στην άλλη.
3. Η μαθηματική έκφραση του πρώτου νόμου:
- Για να εκφράσουμε τη διατήρηση της ενέργειας μαθηματικά, εισάγουμε τους ακόλουθους όρους:
- Εσωτερική ενέργεια (u): Η συνολική ενέργεια που περιέχεται σε ένα σύστημα.
- Θερμότητα (q): Η ενέργεια που μεταφέρεται λόγω διαφοράς θερμοκρασίας.
- εργασία (w): Η ενέργεια που μεταφέρεται λόγω δύναμης που ενεργεί σε απόσταση.
- Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής δηλώνει ότι: Δu =Q - W
- ΔU: Αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια
- q: Η θερμότητα προστέθηκε στο σύστημα
- w: Εργασία που έγινε από το σύστημα
Επεξήγηση της εξίσωσης:
* Η θερμότητα που προστέθηκε στο σύστημα (q): Εάν η θερμότητα προστεθεί στο σύστημα, η εσωτερική ενέργεια αυξάνεται (θετική Q).
* Εργασία που έγινε από το σύστημα (W): Εάν το σύστημα λειτουργεί στο περιβάλλον του, η εσωτερική ενέργεια μειώνεται (θετική W).
Παράγοντας:
Ο πρώτος νόμος δεν προέρχεται από άλλους νόμους. Είναι περισσότερο μια δήλωση μιας θεμελιώδους αρχής που βασίζεται σε παρατηρήσεις. Η μαθηματική έκφραση είναι ένας τρόπος ποσοτικοποίησης αυτής της αρχής.
Σημασία του πρώτου νόμου:
Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής είναι θεμελιώδης για την κατανόηση:
* Μετασχηματισμοί ενέργειας: Πώς μετατρέπεται η ενέργεια από τη μία μορφή σε άλλη.
* Θερμοδυναμικές διεργασίες: Η συμπεριφορά των συστημάτων που υποβάλλονται σε αλλαγές στη θερμοκρασία, την πίεση και τον όγκο.
* Εφαρμογές μηχανικής: Σχεδιάζοντας αποτελεσματικούς κινητήρες, σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και άλλα συστήματα που χρησιμοποιούν ενέργεια.
Συνοπτικά, ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής δεν προέρχεται, αλλά αποτελεί θεμελιώδη αρχή που βασίζεται σε παρατηρήσεις και εμπειρία. Εκφράζει τη διατήρηση της ενέργειας και παρέχει ένα πλαίσιο για την ανάλυση των μετασχηματισμών ενέργειας σε διάφορα συστήματα.
