Termodynamisk process
Värme (Q) är den energi som rör sig från ett objekt till ett annat på grund av temperaturskillnaden. När det gäller system och miljöer är värme energi som rör sig från system till miljö eller energi som rör sig från miljö till system på grund av temperaturskillnaden. Om systemtemperaturen är högre än omgivningstemperaturen kommer värme att flöda från systemet till omgivningen. Om omgivningstemperaturen är högre än systemtemperaturen flödar värme från omgivningen till systemet.
Värme (Q) är energi som rör sig på grund av temperaturskillnaden, medan arbete (W) är relaterat till energiöverföring genom arbete. Om systemet till exempel utför arbete på omgivningen, så rör sig energi från systemet till omgivningen. Omvänt, om omgivningen utför arbete på systemet, så rör sig energi från omgivning till system.
Inre energi och termodynamikens första huvudsats
Systemets inre energi (U) är summan av all molekylär kinetisk energi i systemet, plus mängden av all potentiell energi som uppstår från växelverkan mellan molekylerna i systemet. Om värme flödar från omgivningen till systemet (systemet tar emot energi) ökar energin i systemet. Omvänt, om systemet utför arbete på omgivningen (systemet frigör energi), minskar energin i systemet.
Baserat på energins bevarande, förändras de interna energiförändringarna i systemet = värme tillförs systemet (systemet tar emot energi) minus det arbete som systemet utför (systemet frigör energi).
Δ U = interna energiförändringar, Q = Värme, W = Arbete
Intern energi är systemets mikroskopiska kvantitet, så dess värde kan inte kännas till. Medan förändringar i intern energi kan kännas till genom energi som tillförs systemet och energi som frigörs av systemet i form av värme och arbete, är makroskopiska kvantiteter som temperatur (T), tryck (p), volym (V) och massa (m) eller några mol (n) kända.
Värme och arbete är bara involverade i energiöverföringsprocessen mellan systemet och omgivningen. Värme och arbete är inte en kvantitet som anger systemets tillstånd.
Skyltregler för värme (Q) och arbete (W)
Teckenreglerna för värme och arbete är anpassade till ekvationen för termodynamikens första huvudsats. Värme (Q) i ovanstående ekvation är den värme som tillförs systemet (Q positiv), medan arbete (W) i ovanstående ekvation är det arbete som utförs av systemet (W positiv). Om värme lämnar systemet är Q negativt. Om arbete utförs på systemet är W negativt.
Exempel 1:
Om 2000 joule värme tillsätts till systemet, medan systemet arbetar 1000 joule. Hur mycket förändras då det inre energisystemet?
Lösning
ΔU = Q – W = 2000 – 1000 = 1000 joule.
Systemet absorberar 2000 joule värme (systemet tar emot energi), systemet levererar också 1000 joule arbete (systemets frigörande energi). Systemets energiförändring = 1000 joule.
Exempel 2:
Värme 2000 joule lämnar systemet. Systemet utför ett arbete på 1000 joule. Beräkna systemets interna energiförändringar.
Lösning
Om systemet avger värme är Q negativt.
ΔU = Q – W = -2000 – 1000 = -3000 joule.
Systemet frigör 2000 joule värme. Systemet utför också 1000 joule arbete (systemfrigörande energi). Således minskar systemets interna energi med 3000 J.
Exempel 3:
2000 joule värme tillförs systemet, och 1000 joule arbete utförs på systemet. Beräkna systemets interna energiförändringar.
Lösning
Arbete utfördes på systemet, så W är negativt.
ΔU = Q – W = 2000 – (-1000) = 3000 joule.
Systemets inre energi ökar med 3000 joule.
