Πρώτος Νόμος Θερμοδυναμικών Εξισώσεων

Ένα κλειστό σύστημα μπορεί να αλλάξει τη μορφή της ενέργειάς του με τη βοήθεια του περιβάλλοντός του μέσω εργασίας και μεταφοράς θερμότητας. Η θερμότητα και η εργασία είναι οι μορφές ενέργειας που μπορούν να μεταφερθούν γύρω από τα όρια του συστήματος και να προκαλέσουν παρόμοια επίδραση στο σύστημα. Η ενέργεια που εισέρχεται στο σύστημα ως εργασία μπορεί να φύγει ως θερμότητα και είναι επίσης μια αναστρέψιμη διαδικασία.

Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής δηλώνει ότι κατά τη διάρκεια μιας αλληλεπίδρασης μεταξύ ενός συστήματος και του περιβάλλοντός του, η ποσότητα ενέργειας που λαμβάνεται από το σύστημα πρέπει να είναι ακριβώς ίση με την ποσότητα ενέργειας που χάνεται από το περιβάλλον. Τώρα, θα μιλήσουμε για όλα τα στοιχεία που επηρεάζουν την ενεργειακή εξίσωση, όπως η θερμότητα, η εργασία και η εσωτερική ενέργεια.

Ο πρώτος νόμος των θερμοδυναμικών εξισώσεων

Μεταφορά θερμότητας

Η θερμότητα είναι μια μορφή ενέργειας που μεταφέρεται μεταξύ δύο διαφορετικών συστημάτων με τη βοήθεια διαφορών θερμοκρασίας. Λάβετε υπόψη ότι δεν μπορεί να υπάρξει μεταφορά θερμότητας μεταξύ του συστήματος εάν βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία.

Η μονάδα θερμότητας είναι kJ ή BTU. Η ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται είναι ο ρυθμός θερμότητας που μεταφέρεται ανά μονάδα χρόνου. Είναι μια διανυσματική ποσότητα. επομένως, έχει μέγεθος, σημείο δράσης και κατεύθυνση.

Τρόποι μεταφοράς θερμότητας

Η θερμότητα μπορεί να μεταφερθεί με τρεις διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας:

• συναγωγή
• ακτινοβολία
• διεξαγωγή.

Και όλες αυτές οι λειτουργίες απαιτούν την ύπαρξη διαφορετικών θερμοκρασιών.

Συναγωγή είναι ο τρόπος μεταφοράς θερμότητας μεταξύ μιας στερεής επιφάνειας και του παρακείμενου αερίου ή υγρού σε κίνηση. Είναι το συνδυασμένο αποτέλεσμα στοργής και αγωγιμότητας. Η μεταφορά είναι επίσης γνωστή ως εξαναγκασμένη εάν το υγρό που υπάρχει ωθείται σε κίνηση με τη βοήθεια μιας αντλίας. Ονομάζεται επίσης φυσικό ή ελεύθερο εάν το υγρό που υπάρχει βρίσκεται σε κίνηση λόγω της δύναμης άνωσης.

Αγωγή είναι η μεταφορά δύναμης ή ενέργειας που προκαλείται από ενεργητικά σωματίδια στα γειτονικά λιγότερο ενεργητικά σωματίδια λόγω αλληλεπίδρασης και με τα δύο σωματίδια. Σε μια στερεά ύλη, η αγωγιμότητα θα προκληθεί λόγω του συνδυασμού των δονήσεων των σωματιδίων σε ένα πλέγμα και της ενέργειας που μεταφέρεται από ελεύθερα σωματίδια.

Ακτινοβολία:ακτινοβολία είναι το είδος της ενέργειας που απελευθερώνεται με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από την ύλη ή τα σωματίδια. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αλλαγή των ηλεκτρονικών διαμορφώσεων των μορίων ή του ατόμου.

Θερμότητα

Η θερμότητα συμβολίζεται με Q και είναι η μεταφορά ενέργειας γύρω από τα όρια ενός συστήματος.

Εργασία

Η εργασία συμβολίζεται με W και υπάρχουν διαφορετικοί τύποι μεταφοράς εργασίας γύρω από τα όρια ενός συστήματος:

• Εργασία οριοθέτησης εμβόλου Wb ή κύλινδρος
• Electric Work We Volts.amps.time
• Εργασία άξονα Ws Paddlewheel

Το έργο των ορίων αξιολογείται ενσωματώνοντας τη δύναμη F και πολλαπλασιάζοντας με την αυξητική απόσταση dx μεταξύ της κατάστασης 1 και της κατάστασης 2. Όταν έχουμε να κάνουμε με μια διάταξη εμβόλου-κύλινδρου, η δύναμη μπορεί να αντικατασταθεί από την περιοχή του εμβόλου Α και να πολλαπλασιαστεί με την πίεση P, αντικαθιστώντας το Adx με μια αλλαγή στον όγκο dV:

W_1-2 =₁ ∫F dx=₁ ∫PAdx=₁ ∫PdV

₁ ∫PdV=(περιοχή κάτω από την καμπύλη)

Αν η μάζα του συστήματος είναι m(kg) τότε θα πάρουμε:

W_1-2 =₁ ∫P dV=m₁ ∫P dv=mw_1-2

P =Πίεση (kPa)

V =όγκος (m3)

m =Μάζα (kg)

v =ειδικός όγκος (m3/kg)

W =δουλειά που έγινε (kJ)

w =Συγκεκριμένη εργασία (kJ/kg)

Εσωτερική ενέργεια (u)

Το τρίτο μέρος της εξίσωσης ενέργειας είναι η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας, η οποία έχει ως αποτέλεσμα εργασία ή μεταφορά θερμότητας. Η ειδική εσωτερική ενέργεια είναι ιδιοκτησία του συστήματος.

Ενεργειακή εξίσωση για ακίνητο κλειστό σύστημα

Q-W=ΔU [kJ]

ΔU =μεταβολή της ενέργειας

Q =Προστέθηκε θερμότητα

W=εργασία που έγινε από το σύστημα

Τώρα, διαιρέστε κάθε όρο της εξίσωσης με τη μάζα του συστήματος m(kg). Θα πάρουμε τη συγκεκριμένη μορφή της εξίσωσης:

q-w=Δu [kJ/kg]

Ενθαλπία (η)

Είναι ένα από τα κύρια μέρη της εξίσωσης.

Ενθαλπία [kJ]:H=U+PV

Ειδική ενθαλπία [kJkg]:h=u+Pv

Εφαρμόζοντας τώρα την εξίσωση ενέργειας που προκύπτει:

W_1-2 =₁ ∫PdV=P(V₂ -V₂ )

Αντικατάσταση των τιμών στην ενεργειακή εξίσωση και απλοποίηση:

Q=U₂ -U₁ +P(V₂ -V₂ )=H₂ -H₁

Q=ΔH (διαδικασία σταθερής πίεσης)

Συμπέρασμα

Ο πρώτος θερμοδυναμικός νόμος είναι Q-W=ΔU, όπου ΔU είναι η μεταβολή της ενέργειας, W είναι το έργο και Q είναι η θερμότητα που μεταφέρεται. Τόσο η θερμότητα που μεταφέρεται όσο και η εργασία που γίνεται είναι ενέργεια κατά τη μεταφορά και η εσωτερική ενέργεια U εξαρτάται από την κατάσταση του συστήματος. Εξετάζοντας όλα τα παραπάνω σημεία εξηγείται λεπτομερώς ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής και οι εξισώσεις του.

Είναι ένας νόμος μέσω του οποίου μπορείτε να κατανοήσετε τη σχέση μεταξύ θερμότητας και εργασίας και της ενέργειας ή της εσωτερικής ενέργειας. Με την αλληλεπίδραση μεταξύ θερμότητας, ενέργειας και εργασίας, μεταφέρεται ενέργεια και προκαλείται μετατροπή κάθε φορά που γίνεται μια αλλαγή στο σύστημα. Σημείωση:δεν δημιουργείται ούτε χάνεται ενέργεια κατά τη μεταφορά ενέργειας.