Termodynamický proces
Teplo (Q) je energia, ktorá sa presúva z jedného objektu na druhý v dôsledku teplotného rozdielu. Pokiaľ ide o systémy a prostredia, teplo je energia presúvajúca sa zo systému do prostredia alebo energia presúvajúca sa z prostredia do systému v dôsledku teplotného rozdielu. Ak je teplota systému vyššia ako teplota okolia, teplo bude prúdiť zo systému do prostredia. Ak je teplota okolia vyššia ako teplota systému, teplo prúdi z prostredia do systému.
Teplo (Q) je energia, ktorá sa pohybuje v dôsledku teplotného rozdielu, zatiaľ čo práca (W) súvisí s prenosom energie prostredníctvom práce. Napríklad, ak systém vykonáva prácu na prostredí, potom sa energia pohybuje zo systému do prostredia. Naopak, ak prostredie vykonáva prácu na systéme, potom sa energia pohybuje z prostredia do systému.
Vnútorná energia a prvý termodynamický zákon
Vnútorná energia (U) systému je súčtom všetkej molekulárnej kinetickej energie v systéme a množstva všetkej potenciálnej energie vznikajúcej interakciou medzi molekulami v systéme. Ak teplo prúdi z prostredia do systému (systém prijíma energiu), energia v systéme sa zvyšuje. Naopak, ak systém vykonáva prácu na prostredí (systém uvoľňuje energiu), energia v systéme sa znižuje.
Na základe zákonu zachovania energie sa vnútorná energia v systéme mení = do systému sa pridá teplo (systém prijíma energiu) mínus práca vykonaná systémom (systém uvoľňuje energiu).
Δ U = zmeny vnútornej energie, Q = teplo, W = práca
Vnútorná energia je mikroskopická veličina systému, takže jej hodnotu nemožno poznať. Zmeny vnútornej energie možno poznať prostredníctvom energie pridanej do systému a energie uvoľnenej systémom vo forme tepla a práce. Naproti tomu makroskopické veličiny, ako je teplota (T), tlak (p), objem (V) a hmotnosť (m) alebo niekoľko molov (n), sú známe.
Teplo a práca sa podieľajú iba na procese prenosu energie medzi systémom a prostredím. Teplo a práca nie sú veličina, ktorá by vyjadrovala stav systému.
Pravidlá znamienok pre teplo (Q) a prácu (W)
Znamienkové pravidlá pre teplo a prácu sú upravené podľa rovnice prvého termodynamického zákona. Teplo (Q) vo vyššie uvedenej rovnici je teplo, ktoré je pridané do systému (Q kladné), zatiaľ čo práca (W) vo vyššie uvedenej rovnici je práca vykonaná systémom (W kladná). Ak teplo opúšťa systém, potom je Q záporné. Ak sa na systéme vykoná práca, potom je W záporné.
Príklad 1:
Ak sa do systému pridá teplo 2000 Joulov a systém vykoná prácu 1000 Joulov, o koľko sa zmení vnútorná energia systému?
Riešenie
Δ U = Q – W = 2000 – 1000 = 1000 Joulov.
Systém absorbuje 2000 Joulov tepla (energia prijatá systémom), systém tiež odovzdá 1000 Joulov práce (energia uvoľnená systémom). Zmena energie systému = 1000 Joulov.
Príklad 2:
Zo systému vyjde teplo 2000 Joulov. Systém vykoná prácu 1000 Joulov. Vypočítajte zmeny vnútornej energie systému.
Riešenie
Ak systém uvoľňuje teplo, potom je Q záporné.
Δ U = Q – W = -2000 – 1000 = -3000 Joulov.
Systém uvoľní 2000 Joulov tepla. Systém tiež vykoná 1000 Joulov prácu (energia uvoľnená systémom). Vnútorná energia systému sa teda zníži o 3000 J.
Príklad 3:
Do systému sa pridá teplo 2000 joulov a na systéme sa vykoná práca 1000 joulov. Vypočítajte zmeny vnútornej energie systému.
Riešenie
Na systéme bola vykonaná práca, takže W je záporné.
Δ U = Q – W = 2000 – (-1000) = 3000 Joulov.
Vnútorná energia systému sa zvýši o 3000 Joulov.
