Termodinamiskais process
Siltums (Q) ir enerģija, kas temperatūras starpības dēļ pārvietojas no viena objekta uz citu. Runājot par sistēmām un vidi, siltums ir enerģija, kas pārvietojas no sistēmas uz vidi vai no vides uz sistēmu temperatūras starpības dēļ. Ja sistēmas temperatūra ir augstāka par apkārtējās vides temperatūru, siltums plūdīs no sistēmas uz vidi. Ja apkārtējās vides temperatūra ir augstāka par sistēmas temperatūru, tad siltums plūst no vides uz sistēmu.
Siltums (Q) ir enerģija, kas pārvietojas temperatūras starpības dēļ, savukārt darbs (W) ir saistīts ar enerģijas pārnesi darba rezultātā. Piemēram, ja sistēma veic darbu vidē, tad enerģija pārvietojas no sistēmas uz vidi. Un otrādi, ja vide veic darbu sistēmā, tad enerģija pārvietojas no vides uz sistēmu.
Iekšējā enerģija un termodinamikas pirmais likums
Sistēmas iekšējā enerģija (U) ir visu molekulāro kinētisko enerģiju summa sistēmā, plus visu potenciālo enerģiju daudzums, kas rodas no mijiedarbības starp molekulām sistēmā. Ja siltums plūst no vides uz sistēmu (sistēma saņem enerģiju), enerģija sistēmā palielinās. Un otrādi, ja sistēma veic darbu ar vidi (sistēma atbrīvo enerģiju), enerģija sistēmā samazinās.
Pamatojoties uz enerģijas nezūdamības likumu, sistēmas iekšējā enerģija mainās = sistēmai tiek pievienots siltums (sistēma saņem enerģiju), no kura atņemts sistēmas veiktais darbs (sistēma atbrīvo enerģiju).
ΔU = iekšējās enerģijas izmaiņas, Q = siltums, W = darbs
Iekšējā enerģija ir sistēmas mikroskopisks lielums, tāpēc tā vērtību nevar zināt. Savukārt iekšējās enerģijas izmaiņas var zināt, izmantojot sistēmai pievienoto enerģiju un enerģiju, ko sistēma atbrīvo siltuma un darba veidā. Turpretī makroskopiski lielumi, piemēram, temperatūra (T), spiediens (p), tilpums (V) un masa (m) vai daži moli (n), ir zināmi.
Siltums un darbs ir iesaistīti tikai enerģijas pārneses procesā starp sistēmu un vidi. Siltums un darbs nav lielums, kas norāda sistēmas stāvokli.
Siltuma (Q) un darba (W) zīmju noteikumi
Siltuma un darba zīmju noteikumi ir pielāgoti termodinamikas pirmā likuma vienādojumam. Siltums (Q) iepriekš minētajā vienādojumā ir siltums, kas tiek pievienots sistēmai (Q pozitīvs), savukārt darbs (W) iepriekš minētajā vienādojumā ir sistēmas veiktais darbs (W pozitīvs). Ja siltums atstāj sistēmu, tad Q ir negatīvs. Ja sistēmā tiek veikts darbs, tad W ir negatīvs.
1. piemērs:
Ja sistēmai tiek pievienoti 2000 džouli siltuma, kamēr sistēma veic 1000 džoulu darbu, cik daudz mainās sistēmas iekšējā enerģija?
Šķīdums
ΔU = Q – W = 2000 – 1000 = 1000 džouli.
Sistēma absorbē 2000 džoulu siltuma (sistēmas saņemtā enerģija), sistēma arī piegādā 1000 džoulu darba (sistēmas atbrīvotā enerģija). Sistēmas enerģijas izmaiņa = 1000 džouli.
2. piemērs:
No sistēmas izplūst 2000 džoulu siltums. Sistēma veic 1000 džoulu darbu. Aprēķiniet sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas.
Šķīdums
Ja sistēma izdala siltumu, tad Q ir negatīvs.
ΔU = Q – W = -2000 – 1000 = -3000 džouli.
Sistēma atbrīvo 2000 džoulu siltumu. Sistēma veic arī 1000 džoulu darbu (sistēmas atbrīvošanās enerģija). Tādējādi sistēmas iekšējā enerģija samazinās par 3000 J.
3. piemērs:
Sistēmai tiek pievienoti 2000 džoulu siltums, un sistēmā tiek veikts 1000 džoulu darbs. Aprēķiniet sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas.
Šķīdums
Darbs pie sistēmas tika veikts, tāpēc W ir negatīvs.
ΔU = Q – W = 2000 – (-1000) = 3000 džouli.
Sistēmas iekšējā enerģija palielinās par 3000 džouliem.
