Rechnen mit dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik: Energie sparen

In der Physik, die erste Hauptsatz der Thermodynamik befasst sich mit Energieeinsparung. Das Gesetz besagt, dass innere Energie, Wärme und Arbeit Energie konserviert sind. Die anfängliche innere Energie in einem System, U_ich, Änderungen an der endgültigen innere Energie, U_f, wenn Hitze, Q, absorbiert oder freigesetzt, durch das System und das System funktioniert W, auf seine Umgebung (oder die Umgebung auf das System arbeiten), so dass

Der verwirrende Teil über diese Gleichung ist es, herauszufinden, welche Zeichen zu verwenden. Die Quantität Q (Wärmeübertragung) ist positiv, wenn das System Wärme und negative absorbiert, wenn das System Wärme frei. Die Quantität W (Arbeit) ist positiv, wenn das System auf seine Umgebung und negativ funktioniert, wenn die Umgebung auf dem System arbeiten.

Um Verwirrung zu vermeiden, versuchen Sie nicht, statt dessen die positive oder negative Werte jedes mathematische Größe in dem ersten Gesetz der Thermodynamik- Arbeit von der Idee der Energieeinsparung, um herauszufinden. Denken Sie an Werte von Arbeit und Wärme aus dem System als negativ fließt:

Sagen Sie, dass ein Motor 2000 Joules der Arbeit an seiner Umgebung hat, während 3000 Joule Wärme freigesetzt wird. Um wie viel hat seine interne Energie zu ändern? In diesem Fall wissen Sie, dass der Motor tut 2000 Joules der Arbeit an seiner Umgebung, so seine innere Energie (U) wird von 2000 Joules verringern. Und das System setzt auch 3000 Joule Wärme während seiner Arbeit zu tun, so dass die interne Energie des Systems verringert sich um weitere 3,000 Joule. Denken auf diese Weise macht die totale Veränderung der inneren Energie wie folgt zusammen:

Die innere Energie des Systems verringert sich um 5.000 Joule, was Sinn macht. Auf der anderen Seite, was ist, wenn das System absorbiert 3000 Joule Wärme aus der Umgebung während 2000 Joules der Arbeit an dieser Umgebung zu tun? In diesem Fall haben Sie 3000 Joule Energie gehen in die und 2000 Joules Ausgehen. Die Zeichen sind nun leicht zu verstehen:

In diesem Fall ist die Nettoänderung der internen Energie des Systems 1000 Joules.

Sie können auch negative Arbeit zu sehen, wenn die Umgebung auf dem System arbeiten. Nehmen wir zum Beispiel, dass ein System, 3000 Joules zugleich absorbiert, das seine Umgebung 4000 Joules der Arbeit auf dem System auszuführen. Man kann sagen, dass diese beiden Energien in das System fließen, so dass die innere Energie des Systems steigt von 3000 J + 4,000 J = 7000 J. Wenn Sie durch die Zahlen gehen wollen, benutzen Sie diese Gleichung:

Dann beachten Sie, dass, da die Umgebung der Arbeit auf dem System zu tun, W wird als negativ angesehen. Deshalb erhalten Sie die folgende Gleichung:

Sagen Sie, dass das System 1600 Joule Wärme aus der Umgebung und führt 2.300 Joules der Arbeit an der Umgebung aufnimmt. Was ist die Änderung der inneren Energie des Systems? Verwenden Sie die Gleichung

Hier, Q positiv ist, weil die Energie durch das System aufgenommen wird, und die Arbeit ist auch positiv, weil die Arbeit durch das System durchgeführt wird, so dass Sie

So ist die innere Energie des Systems verringert sich um 700 Joule.

Jetzt sagen, dass das System 1600 Joule Wärme absorbiert, während die Umgebung auf dem System 2300 Joule Arbeit zu tun. Was ist die Änderung der inneren Energie des Systems?

In diesem Fall wird die von dem System geleisteten Arbeit negativ ist - das heißt, die Umgebung auf das System arbeiten. so verwenden

Sie tun die folgenden Berechnungen:

So dass in diesem Fall, wo das System Wärme und Arbeit absorbiert auf es getan wird, ist die Änderung der inneren Energie 3.900 Joule.