Siseenergia termodünaamikas

The Sisemine energia on termodünaamiline suurus, mis on võrdne väärtusega süsteemi kõigi energiate summanagu kineetika ja potentsiaal. See on olnud esindatud kui Eja mõnikord ka U.

E = Ec + Ep +…

See määratleb Esimene termodünaamika seadus. Selle seadusega kehtestatakse energiasäästTeisisõnu, seda ei looda ega hävitata. Teisisõnu, see seadus on sõnastatud öeldes, et antud koguse vormis kaduvat energiat, ilmub selle teine ​​vorm võrdses koguses puuduva summani.

Olles energia ühik, mõõdetakse Joule (J) ühikutes, vastavalt rahvusvahelisele mõõtühikute süsteemile.

Termodünaamika esimest seadust selgitatakse mõnega süsteemi lisatud soojushulk "q". See kogus suurendab süsteemi siseenergiat ja teeb nimetatud soojuse neeldumise tagajärjel ka mõningaid väliseid töid "w".

ΔE + w = ​​q

ΔE = q - w

Kui deklareerime ΔE-ga süsteemi siseenergia kasvu ja “w” süsteemi poolt kontuuril tehtud tööd, siis on meil eelmine valem.

Võrrand on termodünaamika esimese seaduse matemaatiline alus. Kuna siseenergia sõltub ainult süsteemi seisundist, siis selle muutumine ΔE, mis on seotud oleku läbimisega, kus siseenergia on E

₁ teise, kus on E₂ peab andma:

ΔE = E₂ - E₁

Seega sõltub ΔE ainult süsteemi alg- ja lõppseisunditest ega mingil moel sellise muudatuse teostamise viisist.

Need kaalutlused ei kehti "w" ja "q" kohta, kuna nende suurus sõltub viisist, kuidas tööd tehakse algseisundist lõppseisundisse minnes.

Sümbol "w" tähistab süsteemi kogu tööd. Näiteks galvaanilises elemendis võib w sisaldada pakutavat elektrienergiat pluss muutuste korral maht, mis tahes energia, mida kasutatakse paisumise või kokkutõmbumise saavutamiseks vastasrõhu vastu "P".

Mahu muutus on kõige paremini nähtav näiteks sisepõlemismootori kolvis. Töö, mille süsteem on teinud vastupidise surve "p" vastu, mis on väline, ja helitugevuse muutusega V-st₁ kuni V₂, kirjeldatakse valemiga:

w = pΔV

Kui süsteemi ainus töö on seda laadi, on selle võrrandi asendamine termodünaamika esimeses seaduses:

ΔE = q - w -> ΔE = q - pΔV

Esimese termodünaamikaseaduse võrrandid on täiesti üldised ja kehtivad siseenergia muutuse ΔE, töö w, soojuse q arvutamiseks. Kuid eritingimustel võivad need võrrandid olla teatud kujul.

1.- Kui Helitugevus on püsiv: kui helitugevus ei erine, siis ΔV = 0 ja töö w on 0. Seetõttu peetakse seda ainult:

ΔE = q

2.- Kui opositsiooni rõhk p on null: Seda tüüpi protsessi nimetatakse tasuta laienemiseks. Seega, kui p = 0, siis arvutatakse w väärtuseks w = 0. Jällegi:

ΔE = q

Suurused q, w ja ΔE on katseliselt mõõdetavad, kuid E suurused kui sellised ei ole; see viimane asjaolu ei ole termodünaamikas takistus, kuna meid huvitavad peamiselt E (ΔE) muutused, mitte absoluutväärtused.

Siseenergia näited

1.- Kasutades termodünaamika esimest seadust, arvutage süsteemi siseenergia muutus, millele on lisatud 1500 džauli soojust ja kes on suutnud teha tööd 400 džauliga.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 400 J

ΔE = 1100 J

Toimus siseenergia suurenemine

2. - Kasutades termodünaamika esimest seadust, arvutage süsteemi siseenergia muutus, millele on lisatud 2300 džauli soojust ja kes on suutnud teha 1350 džauli töö.

ΔE = q - w

ΔE = 2300 J - 1350 J

ΔE = 950 J

Toimus siseenergia suurenemine

3. Arvutage esimese termodünaamikaseaduse abil süsteemi sisemise energia muutus, millele on lisatud 6100 džauli soojust ja kes on suutnud teha 940 džauli töö.

ΔE = q - w

ΔE = 6100 J - 940 J

ΔE = 5160 J

Toimus siseenergia suurenemine

4. - Arvutage esimese termodünaamikaseaduse abil süsteemi sisemise energia muutus, millele on lisatud 150 džauli soojust ja mis on suutnud teha 30 džauli töö.

ΔE = q - w

ΔE = 150 J - 30 J

ΔE = 120 J

Toimus siseenergia suurenemine

5. Arvutage esimese termodünaamikaseaduse abil süsteemi sisemise energia muutus, millele on lisatud 3400 džauli soojust ja kes on suutnud teostada 1960 džauli töö.

ΔE = q - w

ΔE = 3400 J - 1960 J

ΔE = 1440 J

Toimus siseenergia suurenemine

6. - Kasutades termodünaamika esimest seadust, arvutage süsteemi siseenergia muutus, millele on lisatud 1500 džauli soojust ja kes on suutnud teha 2400 džauli töö.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 2400 J

ΔE = -900 J

Toimus siseenergia vähenemine

7. - Kasutades termodünaamika esimest seadust, arvutage süsteemi siseenergia muutus, millele on lisatud 9600 džauli soojust ja kes on suutnud teha 14000 džauli töö.

ΔE = q - w

ΔE = 9600 J - 14000 J

ΔE = -4400 J

Toimus siseenergia vähenemine

8. - Kasutades termodünaamika esimest seadust, arvutage süsteemi siseenergia muutus, millele on lisatud 2800 džauli soojust ja kes on suutnud teostada 3600 džauli töö.

ΔE = q - w

ΔE = 2800 J - 3600 J

ΔE = -800 J

Toimus siseenergia vähenemine

9. - Kasutades termodünaamika esimest seadust, arvutage süsteemi siseenergia muutus, millele on lisatud 1900 džauli soojust ja kes on suutnud teha 2100 džauli töö.

ΔE = q - w

ΔE = 1900 J - 2100 J

ΔE = -200 J

Toimus siseenergia vähenemine

10.- Kasutades termodünaamika esimest seadust, arvutage süsteemi siseenergia muutus, millele on lisatud 200 džauli soojust ja kes on suutnud teha 400 džauli töö.

ΔE = q - w

ΔE = 200 J - 400 J

ΔE = -200 J

Toimus siseenergia vähenemine