Тэрмадынамічны працэс
Цяпло (Q) — гэта энергія, якая пераходзіць ад аднаго аб'екта да іншага з-за розніцы тэмператур. Калі казаць пра сістэмы і асяроддзі, цяпло — гэта энергія, якая пераходзіць ад сістэмы да асяроддзя, або энергія, якая пераходзіць з асяроддзя ў сістэму з-за розніцы тэмператур. Калі тэмпература сістэмы вышэйшая за тэмпературу навакольнага асяроддзя, цяпло будзе пераходзіць ад сістэмы да навакольнага асяроддзя. Калі тэмпература навакольнага асяроддзя вышэйшая за тэмпературу сістэмы, то цяпло пераходзіць з навакольнага асяроддзя ў сістэму.
Цяпло (Q) — гэта энергія, якая перамяшчаецца з-за рознасці тэмператур, тады як праца (Вт) звязана з перадачай энергіі праз працу. Напрыклад, калі сістэма выконвае працу над навакольным асяроддзем, то энергія перамяшчаецца ад сістэмы да навакольнага асяроддзя. І наадварот, калі навакольнае асяроддзе выконвае працу над сістэмай, то энергія перамяшчаецца з асяроддзя ў сістэму.
Унутраная энергія і першы закон тэрмадынамікі
Унутраная энергія (U) сістэмы — гэта сума ўсёй малекулярнай кінетычнай энергіі ў сістэме плюс колькасць усёй патэнцыяльнай энергіі, якая ўзнікае ў выніку ўзаемадзеяння паміж малекуламі ў сістэме. Калі цяпло перадаецца з навакольнага асяроддзя ў сістэму (сістэма атрымлівае энергію), энергія ў сістэме павялічваецца. І наадварот, калі сістэма выконвае працу над навакольным асяроддзем (сістэма вызваляе энергію), энергія ў сістэме памяншаецца.
Зыходзячы з закону захавання энергіі, унутраная энергія ў сістэме змяняецца = цяпло дадаецца да сістэмы (сістэма атрымлівае энергію) мінус праца, выкананая сістэмай (сістэма вызваляе энергію).
Δ U = змены ўнутранай энергіі, Q = цяпло, W = праца
Унутраная энергія — гэта мікраскапічная велічыня сістэмы, таму яе значэнне немагчыма даведацца. Змены ўнутранай энергіі можна вызначыць праз энергію, якая дадаецца ў сістэму, і энергію, якая вызваляецца сістэмай у выглядзе цяпла і працы. У адрозненне ад гэтага, макраскапічныя велічыні, такія як тэмпература (T), ціск (p), аб'ём (V) і маса (m) або некалькі моляў (n), вядомыя.
Цяпло і праца ўдзельнічаюць толькі ў працэсе перадачы энергіі паміж сістэмай і навакольным асяроддзем. Цяпло і праца не з'яўляюцца велічынёй, якая паказвае стан сістэмы.
Правілы абазначэнняў для цеплыні (Q) і працы (W)
Правілы знакаў для цяпла і працы адаптаваны да ўраўнення першага закона тэрмадынамікі. Цяпло (Q) у прыведзеным вышэй ураўненні — гэта цяпло, якое дадаецца да сістэмы (Q дадатнае), а праца (W) у прыведзеным вышэй ураўненні — гэта праца, выкананая сістэмай (W дадатнае). Калі цяпло пакідае сістэму, то Q адмоўны. Калі над сістэмай выконваецца праца, то W адмоўны.
Прыклад 1:
Калі ў сістэму падвесці 2000 джоўляў цяпла, а сістэма выканаць працу 1000 джоўляў, наколькі зменіцца ўнутраная энергія сістэмы?
Рашэнне
Δ U = Q – W = 2000 – 1000 = 1000 джоўляў.
Сістэма паглынае 2000 джоўляў цяпла (сістэма атрымлівае энергію), сістэма таксама аддае 1000 джоўляў працы (сістэма вызваляе энергію). Змена энергіі сістэмы = 1000 джоўляў.
Прыклад 2:
З сістэмы выходзіць цяпло ў 2000 джоўляў. Сістэма выконвае працу ў 1000 джоўляў. Разлічыце змены ўнутранай энергіі сістэмы.
Рашэнне
Калі сістэма вылучае цяпло, то Q адмоўны.
Δ U = Q – W = -2000 – 1000 = -3000 джоўляў.
Сістэма вылучае 2000 джоўляў цяпла. Сістэма таксама выконвае працу ў 1000 джоўляў (энергія выдзялення сістэмы). Такім чынам, унутраная энергія сістэмы памяншаецца на 3000 Дж.
Прыклад 3:
У сістэму падаецца 2000 джоўляў цяпла, і над сістэмай выконваецца работа ў 1000 джоўляў. Разлічыце змены ўнутранай энергіі сістэмы.
Рашэнне
Над сістэмай была выканана праца, таму W адмоўнае.
Δ U = Q – W = 2000 – (-1000) = 3000 джоўляў.
Унутраная энергія сістэмы павялічваецца на 3000 джоўляў.
