Termodinamični proces
Toplota (Q) je energija, ki se zaradi temperaturne razlike premika iz enega predmeta v drugega. Kar zadeva sisteme in okolja, je toplota energija, ki se zaradi temperaturne razlike premika iz sistema v okolje ali iz okolja v sistem. Če je temperatura sistema višja od temperature okolice, bo toplota prehajala iz sistema v okolje. Če je temperatura okolice višja od temperature sistema, potem toplota prehaja iz okolja v sistem.
Toplota (Q) je energija, ki se premika zaradi temperaturne razlike, medtem ko je delo (W) povezano s prenosom energije z delom. Če na primer sistem opravlja delo na okolju, se energija premika iz sistema v okolje. Nasprotno, če okolje opravlja delo na sistemu, se energija premika iz okolja v sistem.
Notranja energija in prvi zakon termodinamike
Notranja energija (U) sistema je vsota vse molekularne kinetične energije v sistemu in količine vse potencialne energije, ki izhaja iz interakcije med molekulami v sistemu. Če toplota teče iz okolja v sistem (sistem prejema energijo), se energija v sistemu poveča. Nasprotno, če sistem opravlja delo na okolju (sistem sprošča energijo), se energija v sistemu zmanjša.
Na podlagi zakona o ohranitvi energije se notranja energija v sistemu spremeni = sistemu se doda toplota (sistem prejme energijo) minus delo, ki ga sistem opravi (sistem sprosti energijo).
ΔU = spremembe notranje energije, Q = toplota, W = delo
Notranja energija je mikroskopska količina sistema, zato njene vrednosti ni mogoče poznati. Spremembe notranje energije pa lahko poznamo z energijo, dodano sistemu, in energijo, ki jo sistem sprosti v obliki toplote in dela. Nasprotno pa so makroskopske količine, kot so temperatura (T), tlak (p), prostornina (V) in masa (m) ali nekaj moli (n), znane.
Toplota in delo sta vključena le v proces prenosa energije med sistemom in okoljem. Toplota in delo nista količini, ki bi opisovala stanje sistema.
Pravila predznakov za toploto (Q) in delo (W)
Pravila predznakov za toploto in delo so prilagojena enačbi prvega zakona termodinamike. Toplota (Q) v zgornji enačbi je toplota, ki se doda sistemu (Q je pozitiven), medtem ko je delo (W) v zgornji enačbi delo, ki ga opravi sistem (W je pozitiven). Če toplota zapusti sistem, je Q negativen. Če se na sistemu opravi delo, je W negativen.
Primer 1:
Če sistemu dodamo 2000 joulov toplote, medtem ko sistem opravi delo 1000 joulov, za koliko se spremeni notranja energija sistema?
Rešitev
ΔU = Q – W = 2000 – 1000 = 1000 Joulov.
Sistem absorbira 2000 Joulov toplote (sistem prejema energijo), sistem pa tudi odda 1000 Joulov dela (sistem sprosti energijo). Sprememba energije sistema = 1000 Joulov.
Primer 2:
Sistem zapusti 2000 joulov toplote. Sistem opravi delo 1000 joulov. Izračunajte spremembe notranje energije sistema.
Rešitev
Če sistem sprošča toploto, je Q negativen.
ΔU = Q – W = -2000 – 1000 = -3000 Joulov.
Sistem sprosti 2000 Joulov toplote. Sistem opravi tudi 1000 Joulovo delo (energija sproščanja sistema). Tako se notranja energija sistema zmanjša za 3000 J.
Primer 3:
Sistemu se doda 2000 Joulov toplote in na sistemu se opravi 1000 Joulov dela. Izračunajte spremembe notranje energije sistema.
Rešitev
Na sistemu je bilo opravljeno delo, zato je W negativen.
ΔU = Q – W = 2000 – (-1000) = 3000 Joulov.
Notranja energija sistema se poveča za 3000 Joulov.
