Termodynamisk proces
Varme (Q) er den energi, der bevæger sig fra et objekt til et andet på grund af temperaturforskellen. Om systemer og miljøer er varme energi, der bevæger sig fra system til miljø, eller energi, der bevæger sig fra miljø til system på grund af temperaturforskellen. Hvis systemtemperaturen er højere end omgivelsestemperaturen, vil varme strømme fra systemet til miljøet. Hvis omgivelsestemperaturen er højere end systemtemperaturen, strømmer varme fra miljøet til systemet.
Varme (Q) er energi, der bevæger sig på grund af temperaturforskellen, hvorimod arbejde (W) er relateret til energioverførsel gennem arbejde. For eksempel, hvis systemet udfører arbejde på miljøet, så bevæger energi sig fra systemet til miljøet. Omvendt, hvis miljøet udfører arbejde på systemet, så bevæger energi sig fra miljø til system.
Indre energi og termodynamikkens første lov
Systemets indre energi (U) er summen af al den molekylære kinetiske energi i systemet plus mængden af al potentiel energi, der opstår fra interaktionen mellem molekyler i systemet. Hvis varme strømmer fra omgivelserne til systemet (systemet modtager energi), øges energien i systemet. Omvendt, hvis systemet udfører arbejde på omgivelserne (systemet frigiver energi), falder energien i systemet.
Baseret på energibevarelse ændres de indre energiændringer i systemet = varme tilføres systemet (systemet modtager energi) minus det arbejde, systemet udfører (systemet frigiver energi).
Δ U = interne energiændringer, Q = Varme, W = Arbejde
Indre energi er systemets mikroskopiske størrelse, så dens værdi kan ikke kendes. Ændringer i indre energi kan kendes gennem energi tilført systemet og energi frigivet af systemet i form af varme og arbejde. I modsætning hertil er makroskopiske størrelser såsom temperatur (T), tryk (p), volumen (V) og masse (m) eller nogle mol (n) kendte.
Varme og arbejde er kun involveret i energioverførselsprocessen mellem systemet og miljøet. Varme og arbejde er ikke en størrelse, der angiver systemets tilstand.
Tegnregler for varme (Q) og arbejde (W)
Tegnreglerne for varme og arbejde er justeret til ligningen i termodynamikkens første lov. Varme (Q) i ovenstående ligning er den varme, der tilføres systemet (Q positiv), mens arbejde (W) i ovenstående ligning er det arbejde, systemet udfører (W positiv). Hvis varme forlader systemet, er Q negativ. Hvis der udføres arbejde på systemet, er W negativ.
Eksempel 1:
Hvis der tilføres 2000 joule varme til systemet, mens systemet arbejder 1000 joule, hvor meget ændrer det indre energisystem sig så?
Løsning
ΔU = Q – W = 2000 – 1000 = 1000 joule.
Systemet absorberer 2000 joule varme (systemet modtager energi), og systemet leverer også 1000 joule arbejde (systemet frigiver energi). Systemenergiændring = 1000 joule.
Eksempel 2:
Varme på 2000 joule forlader systemet. Systemet udfører et arbejde på 1000 joule. Beregn systemets interne energiændringer.
Løsning
Hvis systemet frigiver varme, er Q negativ.
ΔU = Q – W = -2000 – 1000 = -3000 joule.
Systemet frigiver 2000 joule varme. Systemet udfører også 1000 joule arbejde (systemfrigivelsesenergi). Således reduceres systemets indre energi med 3000 J.
Eksempel 3:
2000 joule varme tilføres systemet, og der udføres 1000 joule arbejde på systemet. Beregn systemets interne energiændringer.
Løsning
Der blev udført arbejde på systemet, så W er negativ.
ΔU = Q – W = 2000 – (-1000) = 3000 joule.
Systemets indre energi stiger med 3000 joule.
