Први закон термодинамике је објашњење овог закона и практични примјери.

Физички процеси као што су топлота и рад могу се објаснити једноставним преносом енергије из једног тијела у друго. У случају посла, ради се о томе механичка енергија Топлота преузима топлотну енергију. Пренос енергије се врши према законима термодинамике. Главне тачке овог дела физике познате су као „почетци“.

Први закон термодинамике регулише и ограничава процес преноса енергије у једном или другом систему.

Типови енергетских система

У физичком свету постоје два типа енергетских система. Затворени или затворени систем има константну масу. У отвореном или отвореном систему, маса се може смањити и повећати у зависности од процеса који се одвијају у овом систему. Већина посматраних система је отворена. Истраживања у таквим системима су отежана мноштвом случајних фактора који утичу на поузданост резултата. Стога физичари проучавају феномене у затвореним системима, екстраполирајући резултате на отворене, узимајући у обзир неопходне корекције.

Енергија изолованог система

Сваки затворени систем у којем нема размјене енергије са околином је изолован. Равнотежно стање таквог система одређено је индикацијама таквих величина:

• П - притисак у систему;
• В је запремина изолованог система
• Т је температура;
• н је број молова гаса у систему;

Као што се може видети, количина топлоте и извршени рад нису укључени у ову листу. Затворени, изоловани систем не врши измену топлоте и не обавља радове. Њена укупна енергија остаје непромијењена.

Промена енергије система

Када се ради или се одвија процес измене топлоте, стање система се мења и неће се сматрати изолованим.

Формулација првог закона термодинамике

Унутрашња енергија Затворени систем се састоји од суме енергија свих честица овог система. Ова енергија може бити промењена само делујући на систем споља. Унутрашња енергија таквог затвореног система ће се повећати или због посла који је обављен на систему, или зато што се одређена количина топлоте преноси на такав систем. Смањење укупне енергије система ће такође зависити од два фактора - или ће одузети топлоту или ће обавити неки посао.

Промена количине укупне енергије може се изразити формулом која ће изгледати овако:

Ако говоримо о раду на систему, онда је променљива В ће бити негативна. Ова формула представља први закон термодинамике.

Закон о заштити

Овај закон се сматра једним од основних закона физике. Топлота и рад су главно средство преноса енергије, а промена унутрашње енергије система директно зависи од тих количина. Дакле, први закон термодинамике је модификован закон о очувању енергије.

Пре свега, први закон термодинамике је изведен за изоловане системе. Касније је доказано да је закон универзалан и да се може применити на отворене системе, ако исправно узмемо у обзир промену унутрашње енергије која настаје услед флуктуација количине супстанце у систему. Ако систем у питању прелази из стања А у стање Б, онда ће се рад који изводи систем В и количина топлоте К разликовати. Различити процеси дају неуједначена очитавања ових варијабли чак и ако систем на крају дође у своје првобитно стање. Али разлика је В - К увек ће бити исто. Другим речима, ако се, после било каквог утицаја, систем врати у своје првобитно стање, онда се без обзира на тип процеса који су укључени у трансформацију таквог система, поштује правило В - К = цонст .

У неким случајевима је погодније користити диференцијалну формулу за изражавање првог закона. Изгледа овако: дУ = дВ- дК

хере дУ - бескрајно мала промена унутрашње енергије

дВ - вредност која карактерише бесконачно мали рад система

дК - бескрајно мала количина топлоте која се преноси на овај систем.

Ентхалпи

За ширу примену првог закона термодинамике уведен је концепт енталпије.

Ово је назив укупне количине укупне енергије супстанце и производа запремине и притиска. Физичка експресија енталпије може се представити следећом формулом:

Х = У + пВ

Апсолутна вредност енталпије је сума енталпија свих делова који чине систем.
У квантитативном смислу, ова вредност се не може одредити. Физичари раде само са разликом енталпија коначног и почетног стања система. Уосталом, за било које калкулације, промене стања система бирају одређени ниво на коме потенцијалне енергије једнако нули. Слично томе, они раде у израчунавању енталпије. Ако применимо појам енталпије, тада ће први закон термодинамике за изопроцесе изгледати овако: дУ = дВ- дХ

Енталпија сваког система зависи од унутрашње структуре супстанци које чине овај систем. Ови показатељи зависе од структуре супстанце, њене температуре, количине и притиска. За комплексне супстанце могуће је израчунати стандардну енталпију формације, која је једнака количини топлине која је потребна за формирање кртице супстанце из једноставних компоненти. Стандардна вредност енталпије је по правилу негативна, јер се у синтези комплексних супстанци у већини случајева ослобађа топлота.

Први закон термодинамике у адијабатским процесима

Примена првог закона термодинамике за изопроцесе може се сматрати графички. На пример, размотрите адијабатски процес у коме количина топлоте остаје константна током целог времена, то јест, К = цонст . Такав изопроцес се одвија у топлотно изолованим системима, или у тако кратком времену да систем нема времена за обављање размјене топлоте са вањским окружењем. Спора експанзија гаса у дијаграму волумена-притисак описана је следећом кривом:

Према распореду могуће је поткријепити примјену првог закона термодинамике на изопроцесе. Пошто нема промене количине топлоте у адијабатском процесу, промена унутрашње енергије је једнака количини произведеног рада. дУ = - дВ

Из тога следи да се унутрашња енергија система смањује, а њена температура пада.

Примери адијабатских процеса

Обрнуто је и тачно: смањење притиска у одсуству измене топлоте нагло повећава температуру система. Приближно се гас шири у моторима са унутрашњим сагоревањем. У дизел моторима, запаљиви гас се компресује 15 пута. Краткотрајно повећање температуре омогућава да се запаљива смеша самозапали.

Други пример адијабатског процеса може се размотрити - слободна експанзија гасова. Да бисте то урадили, размотрите ову инсталацију која се састоји од два резервоара:

У првом резервоару је гас, у другом је одсутан. Окрећући славину, осигураћемо да гас попуни све количине које су му додељене. Са довољном изолацијом система, температура гаса ће остати непромењена. Будући да гас није радио никакав посао, варијабла дВ = цонст . Показало се да, када је све остало једнако, температура гаса се смањује током експанзије. Експанзија гаса је неравномерна, па се овај процес не може приказати на дијаграму притиска-запремине.

Први закон термодинамике је универзални закон који се примењује на све видљиве процесе Универзума. Дубоко разумевање узрока одређених трансформација енергије омогућава нам да разумемо постојеће физичке феномене и откријемо нове законе.