Термодинамички процес
Топлота (Q) је енергија која се креће од једног објекта до другог због температурне разлике. Што се тиче система и окружења, топлота је енергија која се креће од система до окружења или енергија која се креће из окружења у систем, због температурне разлике. Ако је температура система виша од температуре околине, топлота ће тећи из система у окружење. Ако је температура околине виша од температуре система, тада топлота тече из окружења у систем.
Топлота (Q) је енергија која се креће због температурне разлике, док је рад (W) повезан са преносом енергије путем рада. На пример, ако систем врши рад на околини, онда се енергија креће из система у околину. Супротно томе, ако околина врши рад на систему, онда се енергија креће из околине у систем.
Унутрашња енергија и први закон термодинамике
Унутрашња енергија (U) система је збир свих молекуларних кинетичких енергија у систему, плус количина свих потенцијалних енергија које настају интеракцијом између молекула у систему. Ако топлота тече из околине у систем (систем прима енергију), енергија у систему се повећава. Супротно томе, ако систем врши рад на околини (систем ослобађа енергију), енергија у систему се смањује.
На основу закона очувања енергије, унутрашња енергија се мења у систему = топлота се додаје систему (систем прима енергију) умањена за рад који систем обавља (систем ослобађа енергију).
Δ U = промене унутрашње енергије, Q = топлота, W = рад
Унутрашња енергија је микроскопска величина система тако да се њена вредност не може знати. Док се промене унутрашње енергије могу знати кроз енергију додату систему и енергију коју систем ослобађа у облику топлоте и рада. Насупрот томе, макроскопске величине као што су температура (T), притисак (p), запремина (V) и маса (m) или неколико молова (n) су познате.
Топлота и рад су укључени само у процес преноса енергије између система и околине. Топлота и рад нису величина која одражава стање система.
Правила о знацима за топлоту (Q) и рад (W)
Правила предзнака за топлоту и рад су прилагођена једначини Првог закона термодинамике. Топлота (Q) у горњој једначини је топлота која се додаје систему (Q позитивно), док је рад (W) у горњој једначини рад који систем обавља (W позитивно). Ако топлота напушта систем, онда је Q негативан. Ако се на систему обавља рад, онда је W негативан.
Пример 1:
Ако се систему дода топлота од 2000 џула, док систем обавља рад од 1000 џула, колико се мења унутрашња енергија система?
Решење
Δ U = Q – W = 2000 – 1000 = 1000 џула.
Систем апсорбује 2000 џула топлоте (енергија коју систем прима), систем такође испоручује 1000 џула рада (енергија коју систем ослобађа). Промена енергије система = 1000 џула.
Пример 2:
Топлота од 2000 џула напушта систем. Систем обавља рад од 1000 џула. Израчунајте промене унутрашње енергије система.
Решење
Ако систем ослобађа топлоту, онда је Q негативан.
Δ U = Q – W = -2000 – 1000 = -3000 џула.
Систем ослобађа 2000 џулова топлоте. Систем такође обавља рад од 1000 џулова (енергија ослобађања система). Дакле, унутрашња енергија система се смањује за 3000 Џула.
Пример 3:
Систему се додаје топлота од 2000 џула и на систему се обавља рад од 1000 џула. Израчунајте промене унутрашње енергије система.
Решење
Рад је обављен на систему, тако да је W негативно.
Δ U = Q – W = 2000 – (-1000) = 3000 џула.
Унутрашња енергија система се повећава за 3000 џула.
