Mchakato wa Thermodynamic
Joto (Q) ni nishati inayohama kutoka kitu kimoja hadi kingine kwa sababu ya tofauti ya halijoto. Kuhusu mifumo na mazingira, joto ni nishati inayohama kutoka mfumo hadi mazingira au nishati inayohama kutoka mazingira hadi mfumo, kutokana na tofauti ya halijoto. Ikiwa halijoto ya mfumo ni kubwa kuliko halijoto ya mazingira, joto litatiririka kutoka mfumo hadi mazingira. Ikiwa halijoto ya mazingira ni kubwa kuliko halijoto ya mfumo, basi joto hutiririka kutoka mazingira hadi mfumo.
Joto (Q) ni nishati inayohama kutokana na tofauti ya halijoto, ilhali kazi (W) inahusiana na uhamishaji wa nishati kupitia kazi. Kwa mfano, ikiwa mfumo unafanya kazi kwenye mazingira, basi nishati huhama kutoka kwenye mfumo hadi kwenye mazingira. Kinyume chake, ikiwa mazingira yanafanya kazi kwenye mfumo, basi nishati huhama kutoka kwenye mazingira hadi kwenye mfumo.
Nishati ya ndani na sheria ya kwanza ya thermodynamics
Nishati ya ndani (U) ya mfumo ni jumla ya nishati yote ya kinetiki ya molekuli katika mfumo, pamoja na kiasi cha nishati yote inayowezekana inayotokana na mwingiliano kati ya molekuli katika mfumo. Ikiwa joto linatoka kwenye mazingira hadi kwenye mfumo (mfumo unapokea nishati), nishati katika mfumo huongezeka. Kinyume chake, ikiwa mfumo unafanya kazi kwenye mazingira (mfumo hutoa nishati), nishati katika mfumo hupungua.
Kulingana na uhifadhi wa nishati, mabadiliko ya nishati ya ndani katika mfumo = joto huongezwa kwenye mfumo (mfumo hupokea nishati) bila kazi inayofanywa na mfumo (mfumo hutoa nishati).
Δ U = mabadiliko ya nishati ya ndani, Q = Joto, W = Kazi
Nishati ya ndani ni kiasi kidogo cha mfumo hivyo thamani yake haiwezi kujulikana. Ingawa mabadiliko katika nishati ya ndani yanaweza kujulikana kupitia nishati inayoongezwa kwenye mfumo na nishati iliyotolewa na mfumo katika mfumo wa joto na kazi. Kwa upande mwingine, kiasi kikubwa kama vile halijoto (T), shinikizo (p), ujazo (V) na uzito (m) au baadhi ya moles (n), hujulikana.
Joto na kazi vinahusika tu katika mchakato wa uhamishaji wa nishati kati ya mfumo na mazingira. Joto na kazi si kiasi kinachoelezea hali ya mfumo.
Saini sheria za Joto (Q) na Kazi (W)
Sheria za ishara za Joto na Kazi hurekebishwa kulingana na mlinganyo wa Sheria ya Kwanza ya Thermodynamics. Joto (Q) katika mlinganyo ulio hapo juu ni joto linaloongezwa kwenye mfumo (Q chanya), huku kazi (W) katika mlinganyo ulio hapo juu ikiwa ni kazi inayofanywa na mfumo (W chanya). Ikiwa joto litaondoka kwenye mfumo, basi Q ni hasi. Ikiwa kazi imefanywa kwenye mfumo, basi W ni hasi.
Mfano 1:
Ikiwa joto Jouli 2000 linaongezwa kwenye mfumo, huku mfumo ukifanya kazi Jouli 1000. Mfumo wa nishati ya ndani hubadilika kiasi gani?
Suluhisho
Δ U = Q – W = 2000 – 1000= Jouli 1000.
Mfumo hunyonya Jouli 2000 za joto (nishati inayopokea mfumo), mfumo pia hutoa Jouli 1000 za kazi (nishati ya kutolewa kwa mfumo). Mabadiliko ya nishati ya mfumo = Jouli 1000.
Mfano 2:
Jouli za Jouli 2000 za Jouli huondoka kwenye mfumo. Mfumo hufanya kazi ya Jouli 1000. Hesabu mabadiliko ya nishati ya ndani ya mfumo.
Suluhisho
Ikiwa mfumo utatoa joto, basi Q ni hasi.
Δ U = Q – W = -2000 – 1000= -3000 Jouli.
Mfumo hutoa joto la Joule 2000. Mfumo pia hufanya kazi ya Joule 1000 (nishati ya kutolewa kwa mfumo). Kwa hivyo, nishati ya ndani ya mfumo hupunguzwa kwa 3000 J.
Mfano 3:
Jouli 2000 za joto huongezwa kwenye mfumo, na kazi ya Jouli 1000 hufanywa kwenye mfumo. Hesabu mabadiliko ya nishati ya ndani ya mfumo.
Suluhisho
Kazi ilifanyika kwenye mfumo, kwa hivyo W ni hasi.
Δ U = Q – W = 2000 – (-1000) = 3000 Jouli.
Nishati ya ndani ya mfumo huongezeka kwa Jouli 3000.
