Termodinaminis procesas
Šiluma (Q) yra energija, kuri dėl temperatūrų skirtumo pereina iš vieno objekto į kitą. Kalbant apie sistemas ir aplinkas, šiluma yra energija, judanti iš sistemos į aplinką, arba energija, judanti iš aplinkos į sistemą dėl temperatūrų skirtumo. Jei sistemos temperatūra yra aukštesnė už aplinkos temperatūrą, šiluma teka iš sistemos į aplinką. Jei aplinkos temperatūra yra aukštesnė už sistemos temperatūrą, šiluma teka iš aplinkos į sistemą.
Šiluma (Q) yra energija, kuri juda dėl temperatūrų skirtumo, o darbas (W) yra susijęs su energijos perdavimu per darbą. Pavyzdžiui, jei sistema atlieka darbą aplinkoje, energija juda iš sistemos į aplinką. Ir atvirkščiai, jei aplinka atlieka darbą sistemoje, energija juda iš aplinkos į sistemą.
Vidinė energija ir pirmasis termodinamikos dėsnis
Sistemos vidinė energija (U) yra visos sistemos molekulinės kinetinės energijos ir visos potencialinės energijos, atsirandančios dėl sistemos molekulių sąveikos, suma. Jei šiluma teka iš aplinkos į sistemą (sistema gauna energijos), sistemos energija padidėja. Ir atvirkščiai, jei sistema atlieka darbą su aplinka (sistema išskiria energiją), sistemos energija sumažėja.
Remiantis energijos tvermės dėsniu, sistemos vidinė energija kinta = prie sistemos pridedama šiluma (sistema gauna energiją) atėmus sistemos atliktą darbą (sistema išskiria energiją).
ΔU = vidinės energijos pokyčiai, Q = šiluma, W = darbas
Vidinė energija yra mikroskopinis sistemos dydis, todėl jo vertės negalima žinoti. Tuo tarpu vidinės energijos pokyčius galima žinoti pagal prie sistemos pridėtą energiją ir energiją, kurią sistema išskiria šilumos ir darbo pavidalu. Priešingai, makroskopiniai dydžiai, tokie kaip temperatūra (T), slėgis (p), tūris (V) ir masė (m) arba kai kurie moliai (n), yra žinomi.
Šiluma ir darbas dalyvauja tik energijos perdavimo procese tarp sistemos ir aplinkos. Šiluma ir darbas nėra dydis, nurodantis sistemos būseną.
Šilumos (Q) ir darbo (W) ženklų taisyklės
Šilumos ir darbo ženklų taisyklės pritaikytos prie pirmojo termodinamikos dėsnio lygties. Šiluma (Q) aukščiau pateiktoje lygtyje yra šiluma, kuri pridedama prie sistemos (Q teigiamas), o darbas (W) aukščiau pateiktoje lygtyje yra sistemos atliktas darbas (W teigiamas). Jei šiluma palieka sistemą, tai Q yra neigiamas. Jei sistemoje atliekamas darbas, tai W yra neigiamas.
1 pavyzdys:
Jei į sistemą pridedama 2000 džaulių šilumos, o sistema atlieka 1000 džaulių darbą, kiek pasikeičia sistemos vidinė energija?
Sprendimas
ΔU = Q – W = 2000 – 1000 = 1000 džaulių.
Sistema sugeria 2000 džaulių šilumos (sistemos priimama energija) ir atlieka 1000 džaulių darbo (sistemos išlaisvinimo energija). Sistemos energijos pokytis = 1000 džaulių.
2 pavyzdys:
Iš sistemos išsiskiria 2000 džaulių šiluma. Sistema atlieka 1000 džaulių darbą. Apskaičiuokite sistemos vidinės energijos pokyčius.
Sprendimas
Jei sistema išskiria šilumą, tai Q yra neigiamas.
ΔU = Q – W = -2000 – 1000 = -3000 džaulių.
Sistema išskiria 2000 džaulių šilumos. Sistema taip pat atlieka 1000 džaulių darbą (sistemos išlaisvinimo energija). Taigi, sistemos vidinė energija sumažėja 3000 J.
3 pavyzdys:
Į sistemą pridedama 2000 džaulių šilumos, o sistemoje atliekama 1000 džaulių darbo. Apskaičiuokite sistemos vidinės energijos pokyčius.
Sprendimas
Darbas su sistema buvo atliktas, todėl W yra neigiamas.
ΔU = Q – W = 2000 – (-1000) = 3000 džaulių.
Sistemos vidinė energija padidėja 3000 džaulių.
