Termodinamiese proses
Hitte (Q) is die energie wat van een voorwerp na 'n ander beweeg as gevolg van die temperatuurverskil. Wat stelsels en omgewings betref, is hitte energie wat van stelsel na omgewing beweeg, of energie wat van omgewing na stelsel beweeg as gevolg van die temperatuurverskil. As die stelseltemperatuur hoër is as die omgewingstemperatuur, sal hitte van die stelsel na die omgewing vloei. As die omgewingstemperatuur hoër is as die stelseltemperatuur, vloei hitte van die omgewing na die stelsel.
Warmte (Q) is energie wat beweeg as gevolg van die temperatuurverskil, terwyl arbeid (W) verband hou met energie-oordrag deur arbeid. Byvoorbeeld, as die stelsel werk op die omgewing doen, beweeg energie van die stelsel na die omgewing. Omgekeerd, as die omgewing werk op die stelsel doen, beweeg energie van omgewing na stelsel.
Interne energie en die eerste wet van termodinamika
Die interne energie (U) van die stelsel is die som van al die molekulêre kinetiese energie in die stelsel, plus die hoeveelheid van alle potensiële energie wat voortspruit uit die interaksie tussen molekules in die stelsel. As hitte van die omgewing na die stelsel vloei (die stelsel ontvang energie), neem die energie in die stelsel toe. Omgekeerd, as die stelsel werk op die omgewing doen (die stelsel stel energie vry), neem die energie in die stelsel af.
Gebaseer op die behoud van energie, verander die interne energie in die stelsel = hitte word by die stelsel gevoeg (die stelsel ontvang energie) minus die werk wat deur die stelsel verrig word (die stelsel stel energie vry).
Δ U = interne energieveranderinge, Q = Warmte, W = Arbeid
Interne energie is die mikroskopiese hoeveelheid van die stelsel sodat die waarde daarvan nie bekend kan word nie. Terwyl veranderinge in interne energie bekend kan word deur energie wat by die stelsel gevoeg word en energie wat deur die stelsel vrygestel word in die vorm van hitte en arbeid, is makroskopiese hoeveelhede soos temperatuur (T), druk (p), volume (V) en massa (m) of 'n paar mol (n) bekend.
Hitte en arbeid is slegs betrokke by die energie-oordragproses tussen die stelsel en die omgewing. Hitte en arbeid is nie 'n hoeveelheid wat die toestand van die stelsel aandui nie.
Tekenreëls vir Warmte (Q) en Arbeid (W)
Die tekenreëls vir Warmte en Arbeid word aangepas by die vergelyking van die Eerste Wet van Termodinamika. Warmte (Q) in die bogenoemde vergelyking is die hitte wat by die stelsel gevoeg word (Q positief), terwyl arbeid (W) in die bogenoemde vergelyking die arbeid is wat deur die stelsel verrig word (W positief). As hitte die stelsel verlaat, dan is Q negatief. As arbeid aan die stelsel verrig word, dan is W negatief.
Voorbeeld 1:
As hitte 2000 Joules by die stelsel gevoeg word, terwyl die stelsel 1000 Joules werk. Hoeveel verander die interne energiestelsel?
Oplossing
ΔU = Q – W = 2000 – 1000 = 1000 Joule.
Die stelsel absorbeer 2000 Joule hitte (stelsel ontvang energie), die stelsel lewer ook 1000 Joule werk (stelselvrystellingsenergie). Stelselenergieverandering = 1000 Joule.
Voorbeeld 2:
Hitte 2000 Joule verlaat die stelsel. Die stelsel verrig 'n werk van 1000 Joule. Bereken die stelsel se interne energieveranderinge.
Oplossing
As die stelsel hitte vrystel, dan is Q negatief.
ΔU = Q – W = -2000 – 1000= -3000 Joule.
Die stelsel stel 2000 Joule hitte vry. Die stelsel verrig ook 1000 Joule werk (stelselvrystellingsenergie). Dus word die interne energie van die stelsel met 3000 J verminder.
Voorbeeld 3:
2000 Joule hitte word by die stelsel gevoeg, en 1000 Joule werk word op die stelsel verrig. Bereken die stelsel se interne energieveranderinge.
Oplossing
Werk is aan die stelsel gedoen, dus is W negatief.
ΔU = Q – W = 2000 – (-1000) = 3000 Joule.
Die interne energie van die stelsel neem met 3000 Joule toe.
