Термодинамичен процес
Топлината (Q) е енергията, която се премества от един обект към друг поради температурната разлика. Що се отнася до системите и средите, топлината е енергия, преместваща се от система към среда или енергия, преместваща се от среда към система, поради температурната разлика. Ако температурата на системата е по-висока от температурата на околната среда, топлината ще претече от системата към околната среда. Ако температурата на околната среда е по-висока от температурата на системата, тогава топлината претече от околната среда към системата.
Топлината (Q) е енергия, която се движи поради температурната разлика, докато работата (W) е свързана с преноса на енергия чрез работа. Например, ако системата извършва работа върху околната среда, тогава енергията се движи от системата към околната среда. Обратно, ако околната среда извършва работа върху системата, тогава енергията се движи от средата към системата.
Вътрешна енергия и първият закон на термодинамиката
Вътрешната енергия (U) на системата е сумата от цялата молекулярна кинетична енергия в системата, плюс количеството на цялата потенциална енергия, произтичаща от взаимодействието между молекулите в системата. Ако топлината преминава от околната среда към системата (системата получава енергия), енергията в системата се увеличава. Обратно, ако системата извършва работа върху околната среда (системата освобождава енергия), енергията в системата намалява.
Въз основа на закона за запазване на енергията, вътрешната енергия в системата се променя = към системата се добавя топлина (системата получава енергия) минус работата, извършена от системата (системата освобождава енергия).
Δ U = вътрешни енергийни промени, Q = топлина, W = работа
Вътрешната енергия е микроскопичната величина на системата, така че нейната стойност не може да бъде известна. Докато промените във вътрешната енергия могат да бъдат известни чрез енергията, добавена към системата, и енергията, отделена от системата под формата на топлина и работа. За разлика от това, макроскопични величини като температура (T), налягане (p), обем (V) и маса (m) или някои молове (n) са известни.
Топлината и работата участват само в процеса на пренос на енергия между системата и околната среда. Топлината и работата не са величина, която показва състоянието на системата.
Правила за знаци за топлина (Q) и работа (W)
Правилата за знаците за топлина и работа са съобразени с уравнението на Първия закон на термодинамиката. Топлината (Q) в горното уравнение е топлината, която се добавя към системата (Q е положително), докато работата (W) в горното уравнение е работата, извършена от системата (W е положително). Ако топлината напуска системата, тогава Q е отрицателно. Ако върху системата се извършва работа, тогава W е отрицателно.
Пример 1:
Ако към системата се добавят 2000 джаула топлина, докато тя извършва работа от 1000 джаула, с колко се променя вътрешната енергия на системата?
Решение
Δ U = Q – W = 2000 – 1000 = 1000 джаула.
Системата абсорбира 2000 джаула топлина (енергия, която системата приема), системата също така доставя 1000 джаула работа (енергия, която системата освобождава). Промяната в енергията на системата = 1000 джаула.
Пример 2:
Системата се отделя от топлина от 2000 джаула. Системата извършва работа от 1000 джаула. Изчислете промените във вътрешната енергия на системата.
Решение
Ако системата отделя топлина, тогава Q е отрицателен.
Δ U = Q – W = -2000 – 1000 = -3000 джаула.
Системата освобождава 2000 джаула топлина. Системата извършва и работа от 1000 джаула (енергия, освобождавана от системата). По този начин вътрешната енергия на системата се намалява с 3000 джаула.
Пример 3:
Към системата се добавят 2000 джаула топлина и се извършва работа от 1000 джаула. Изчислете промените във вътрешната енергия на системата.
Решение
Извършена е работа по системата, така че W е отрицателно.
Δ U = Q – W = 2000 – (-1000) = 3000 джаула.
Вътрешната енергия на системата се увеличава с 3000 джаула.
