Термодинамички процес
Топлината (Q) е енергијата што се движи од еден објект до друг поради температурната разлика. Кај системите и средините, топлината е енергија што се движи од систем до средина или енергија што се движи од средина до систем, поради температурната разлика. Ако температурата на системот е повисока од температурата на околината, топлината ќе тече од системот кон околината. Ако температурата на околината е повисока од температурата на системот, тогаш топлината тече од околината кон системот.
Топлината (Q) е енергија што се движи поради температурната разлика, додека работата (W) е поврзана со преносот на енергија преку работа. На пример, ако системот врши работа врз околината, тогаш енергијата се движи од системот кон околината. Обратно, ако околината врши работа врз системот, тогаш енергијата се движи од околината кон системот.
Внатрешна енергија и прв закон на термодинамика
Внатрешната енергија (U) на системот е збир од целата молекуларна кинетичка енергија во системот, плус количината на целата потенцијална енергија што произлегува од интеракцијата помеѓу молекулите во системот. Ако топлината тече од околината кон системот (системот прима енергија), енергијата во системот се зголемува. Обратно, ако системот врши работа врз околината (системот ослободува енергија), енергијата во системот се намалува.
Врз основа на зачувувањето на енергијата, внатрешната енергија се менува во системот = топлината се додава на системот (системот прима енергија) минус работата што ја извршува системот (системот ослободува енергија).
Δ U = промени на внатрешната енергија, Q = топлина, W = работа
Внатрешната енергија е микроскопска величина на системот, така што нејзината вредност не може да се знае. Додека промените во внатрешната енергија можат да се знаат преку енергијата додадена на системот и енергијата ослободена од системот во форма на топлина и работа. Спротивно на тоа, познати се макроскопски величини како што се температура (T), притисок (p), волумен (V) и маса (m) или некои молови (n).
Топлината и работата се вклучени само во процесот на пренос на енергија помеѓу системот и околината. Топлината и работата не се величина што ја означува состојбата на системот.
Правила за знак за топлина (Q) и работа (W)
Правилата за знак за топлина и работа се прилагодени на равенката на Првиот закон на термодинамиката. Топлината (Q) во горната равенка е топлината што се додава на системот (Q е позитивно), додека работата (W) во горната равенка е работата што ја извршува системот (W е позитивно). Ако топлината го напушти системот, тогаш Q е негативна. Ако на системот се изврши работа, тогаш W е негативна.
Пример 1:
Ако на системот му се додаде топлина од 2000 Џули, додека системот работи 1000 Џули, колку се менува внатрешната енергија на системот?
Решение
Δ U = Q – W = 2000 – 1000 = 1000 Џули.
Системот апсорбира 2000 џули топлина (системот прима енергија), системот исто така испорачува 1000 џули работа (енергија на ослободување на системот). Промената на енергијата на системот = 1000 џули.
Пример 2:
Топлина од 2000 Џули го напушта системот. Системот извршува работа од 1000 Џули. Пресметајте ги промените на внатрешната енергија на системот.
Решение
Ако системот ослободува топлина, тогаш Q е негативен.
Δ U = Q – W = -2000 – 1000= -3000 Џули.
Системот ослободува топлина од 2000 Џули. Системот, исто така, извршува работа од 1000 Џули (енергија на ослободување на системот). Така, внатрешната енергија на системот е намалена за 3000 Џули.
Пример 3:
На системот му се додава топлина од 2000 џули, а на системот се извршува работа од 1000 џули. Пресметајте ги промените на внатрешната енергија на системот.
Решение
На системот е извршена работа, па затоа W е негативно.
Δ U = Q – W = 2000 – (-1000) = 3000 Џули.
Внатрешната енергија на системот се зголемува за 3000 џули.
