MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMODYNAMIKA
První termodynamický zákon
Jeden ze základních zákonů, kterými se řídí svět kolem nás.
Otázka: Jakým způsobem můžeme změnit vnitřní energii tělesa?
Odpověď: Konáním práce a tepelnou výměnou.
Myšlenkový pokus: plyn v nádobě
A
plyn stlačujeme pístem
↓
působíme na píst silou - konáme práci
↓
zvyšuje se U plynu konáním práce
B
zahříváme nádobu s plynem
↓
plyn přijímá teplo
↓
zvyšuje se U plynu tepelnou výměnou
Probíhají-li oba procesy současně, potom celková změna vnitřní energie plynu bude rovna
ΔU = W + Q
PRVNÍ TERMODYNAMICKÝ ZÁKON
ΔU = W + Q
Přírůstek vnitřní energie soustavy (ΔU) je roven součtu práce (W) vykonané okolními tělesy působící na soustavu a tepla (Q) odevzdaného okolními tělesy soustavě.
Poznámky:
Značení
soustava přijímá energii: W>0, Q>0 potom ΔU>0 (U se zvýšila)
soustava odevzdává energii: W<0, Q<0 potom ΔU<0 (U se snížila)
Speciální případy (víme ΔU = W + Q) jestliže
jestliže Q = 0 potom ΔU = W
(vnitřní energie soustavy se mění pouze konáním práce, neprobíhá tepelná výměna mezi soustavou a okolím)
jestliže W = 0 potom ΔU = Q
(vnitřní energie se mění pouze tepelnou výměnou)
Jiný zápis I. termodynamického zákona
Platí ΔU = W + Q (W = práce vykonaná vnějšími silami, soustava přijímá energii). Jestliže ale soustava sama koná práci (W = -W´) potom ΔU = -W´ + Q a Q = ΔU + W´
PRVNÍ TERMODYNAMICKÝ ZÁKON (jiné znění a zápis)
Q = ΔU + W´
Teplo (Q) přijaté soustavou (odevzdané vnějšími silami) je rovno součtu přírůstku vnitřní energie soustavy (ΔU) a práce (W´), kterou soustava vykoná.
ÚLOHY
ÚLOHA 1:
Při stlačení plynu uzavřeného v nádobě s pohyblivým pístem byla vykonána práce 2,5 kJ, plyn byl současně ohříván tak, že přijal teplo 1,2 kJ. Jak se při tomto ději změnila vnitřní energie plynu?
(zvýšila se o 3,7 kJ)
ÚLOHA 2:
Termodynamická soustava přijme z okolí teplo 3,6 kJ a současně vykoná práci 2,9 kJ. Jak se změní vnitřní energie soustavy?
(zvýší se o 0,7 kJ)