A hőmennyiség fogalma. A test felmelegítéséhez szükséges vagy a hűtés során felszabaduló hőmennyiség kiszámítása

A test belső energiája külső erők hatására változhat. A belső energia hőátadás során bekövetkező változásának jellemzésére bevezetünk egy hőmennyiségnek nevezett mennyiséget, amelyet Q-vel jelölünk.

A nemzetközi rendszerben a hő, valamint a munka és az energia mértékegysége a joule: = = = 1 J.

A gyakorlatban a hőmennyiség nem rendszerszintű mértékegységét alkalmazzák - a kalóriát. 1 cal. = 4,2 J.

Meg kell jegyezni, hogy a „hőmennyiség” kifejezés nem szerencsés. Akkoriban vezették be, amikor azt hitték, hogy a testek súlytalan, megfoghatatlan folyadékot – kalóriatartalmat – tartalmaznak. A hőcsere folyamata állítólag abból áll, hogy az egyik testből a másikba áramló kalória bizonyos mennyiségű hőt visz magával. Most, ismerve az anyag szerkezetének molekuláris-kinetikai elméletének alapjait, megértjük, hogy a testekben nincs kalória, a test belső energiájának megváltoztatásának mechanizmusa más. A hagyomány ereje azonban hatalmas, és továbbra is a hő természetére vonatkozó helytelen elképzelések alapján bevezetett kifejezést használjuk. Ugyanakkor, megértve a hőátadás természetét, nem szabad teljesen figyelmen kívül hagyni az ezzel kapcsolatos tévhiteket. Éppen ellenkezőleg, a hőáramlás és a feltételezett kalóriatartalmú folyadék áramlása, a hőmennyiség és a kalóriamennyiség közötti analógia segítségével bizonyos problémaosztályok megoldása során lehetőség nyílik a folyamatban lévő folyamatok helyes megjelenítésére. megoldani a problémákat. Végül a hőátadási folyamatokat leíró helyes egyenleteket egykor a kalória, mint hőhordozó téves elképzelései alapján kapták meg.

Tekintsük részletesebben a hőcsere következtében fellépő folyamatokat.

Öntsön egy kis vizet a kémcsőbe, és zárja le egy dugóval. A kémcsövet egy állványba rögzített rúdra akasztjuk, és nyílt lángot helyezünk alá. A kémcső bizonyos mennyiségű hőt kap a lángtól, és a benne lévő folyadék hőmérséklete megemelkedik. A hőmérséklet emelkedésével a folyadék belső energiája nő. Intenzív párologtatási folyamat megy végbe. A táguló folyadékgőzök mechanikai munkát végeznek, hogy kinyomják a dugót a kémcsőből.

Végezzünk még egy kísérletet egy darab sárgaréz csőből készült ágyú modelljével, amely egy kocsira van felszerelve. Az egyik oldalon a cső szorosan le van zárva egy ebonit dugóval, amelyen keresztül egy tűt vezetnek át. A vezetékek a csaphoz és a csőhöz vannak forrasztva, és olyan kapcsokban végződnek, amelyekre a világítási hálózat feszültsége táplálható. Az ágyúmodell tehát egyfajta elektromos kazán.

Öntsön egy kis vizet az ágyúcsőbe, és zárja le a csövet gumidugóval. Csatlakoztassuk a fegyvert egy áramforráshoz. A vízen áthaladó elektromos áram felmelegíti. A víz felforr, ami intenzív gőzképződéshez vezet. A vízgőz nyomása növekszik, és végül kinyomják a dugót a pisztolycsőből.

A pisztoly a visszarúgás következtében elgurul a dugó kilökésével ellentétes irányba.

Mindkét tapasztalatot a következő körülmények egyesítik. A folyadék különféle módon történő melegítése során a folyadék hőmérséklete és ennek megfelelően a belső energiája nőtt. Ahhoz, hogy a folyadék felforrjon és intenzíven elpárologjon, folytatni kellett a melegítést.

A folyékony gőzök belső energiájuk miatt mechanikai munkát végeztek.

Azt vizsgáljuk, hogy a test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség milyen mértékben függ a test tömegétől, hőmérséklet-változásaitól és az anyag típusától. E függőségek tanulmányozásához vizet és olajat használunk. (A kísérletben a hőmérséklet mérésére egy tükör galvanométerhez csatlakoztatott hőelemből készült elektromos hőmérőt használnak. Az egyik hőelem csatlakozást hideg vízzel töltött edénybe engedjük le, hogy állandó hőmérsékletét biztosítsuk. A másik hőelem csatlakozás a folyadék hőmérsékletét méri. vizsgálat alatt).

Az élmény három sorozatból áll. Az első sorozatban egy adott folyadék (esetünkben víz) állandó tömegére a felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség hőmérsékletváltozásoktól való függését vizsgálják. A fűtőtestből (villanytűzhely) származó folyadék által kapott hőmennyiséget a fűtési idő alapján fogjuk megítélni, feltételezve, hogy közöttük egyenesen arányos összefüggés van. Ahhoz, hogy a kísérlet eredménye megfeleljen ennek a feltételezésnek, állandó hőáramlást kell biztosítani az elektromos tűzhelyről a fűtött testre. Ehhez az elektromos tűzhelyet előre bekapcsolták, hogy a kísérlet kezdetére a felületének hőmérséklete megszűnjön megváltozni. A folyadék egyenletesebb felmelegítése érdekében a kísérlet során magával a hőelemkel keverjük meg. Rendszeres időközönként rögzítjük a hőmérő állását, amíg a fényfolt el nem éri a skála szélét.

Következtetés: egyenes arányos összefüggés van a test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség és a hőmérséklet változása között.

A második kísérletsorozatban azt a hőmennyiséget hasonlítjuk össze, amely azonos tömegű, azonos folyadékok felmelegítéséhez szükséges, ha hőmérsékletük azonos mértékben változik.

A kapott értékek összehasonlításának megkönnyítése érdekében a második kísérletben a víz tömegét kétszer kisebbnek vesszük, mint az első kísérletben.

Rendszeres időközönként ismét rögzítjük a hőmérő állását.

Az első és a második kísérlet eredményeit összevetve a következő következtetések vonhatók le.

A harmadik kísérletsorozatban összehasonlítjuk a különböző folyadékok azonos tömegű felmelegítéséhez szükséges hőmennyiségeket, ha hőmérsékletük azonos mértékben változik.

Elektromos tűzhelyen olajat melegítünk, amelynek tömege megegyezik az első kísérletben szereplő víz tömegével. Rendszeres időközönként rögzítjük a hőmérő állását.

A kísérlet eredménye megerősíti azt a következtetést, hogy a test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség egyenesen arányos a hőmérséklet változásával, és emellett jelzi ennek a hőmennyiségnek az anyag típusától való függőségét.

Mivel a kísérlet során olyan olajat használtak, amelynek sűrűsége kisebb, mint a víz sűrűsége, és az olaj egy bizonyos hőmérsékletre való felmelegítése kevesebb hőt igényelt, mint a víz, feltételezhető, hogy a test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség függ sűrűség.

Ennek a feltételezésnek a teszteléséhez egyidejűleg azonos tömegű vizet, paraffint és rezet melegítünk állandó teljesítményű fűtőberendezésen.

Ennyi idő után a réz hőmérséklete körülbelül 10-szer, a paraffiné pedig körülbelül 2-szer magasabb, mint a víz hőmérséklete.

De a réz sűrűsége nagyobb, a paraffin pedig kisebb, mint a víz.

A tapasztalat azt mutatja, hogy azoknak az anyagoknak a hőmérséklet-változási sebességét jellemző mennyiség, amelyekből a hőcserében részt vevő testek keletkeznek, nem a sűrűség. Ezt a mennyiséget egy anyag fajlagos hőkapacitásának nevezzük, és c betűvel jelöljük.

Különböző anyagok fajlagos hőkapacitásának összehasonlítására egy speciális eszközt használnak. Az eszköz állványokból áll, amelyekbe egy vékony paraffinlemez és egy csík van rögzítve, amelyen rudak vannak átvezetve. A rudak végein azonos tömegű alumínium, acél és sárgaréz hengerek vannak rögzítve.

A hengereket meleg tűzhelyen álló vízzel ellátott edénybe merítve melegítsük azonos hőmérsékletre. A forró hengereket az állványokhoz rögzítjük és kioldjuk a rögzítésből. A hengerek egyszerre érintik a paraffinlemezt, és a paraffint megolvasztva elkezdenek belesüllyedni. Az azonos tömegű hengerek paraffinlemezbe való bemerítésének mélysége, amikor hőmérsékletük azonos mértékben változik, eltérőnek bizonyul.

A tapasztalatok azt mutatják, hogy az alumínium, az acél és a sárgaréz fajlagos hőkapacitása eltérő.

A szilárd anyagok olvasztásával, a folyadékok elpárologtatásával és a tüzelőanyag elégetésével kapcsolatos megfelelő kísérletek elvégzése után a következő mennyiségi függéseket kapjuk.

A meghatározott mennyiségek egységeinek megszerzéséhez ezeket a megfelelő képletekből kell kifejezni, és a kapott kifejezésekbe helyettesítő hőegységeket kell megadni - 1 J, tömeg - 1 kg, és fajlagos hőkapacitás esetén - 1 K.

A következő mértékegységeket kapjuk: fajhőteljesítmény – 1 J/kg·K, egyéb fajhő: 1 J/kg.

A test belső energiája függ a hőmérsékletétől és a külső körülményektől - térfogat stb. Ha a külső feltételek változatlanok maradnak, azaz a térfogat és egyéb paraméterek állandóak, akkor a test belső energiája csak a hőmérsékletétől függ.

Egy test belső energiáját nemcsak lángban hevítve vagy rajta mechanikai munkát (a test helyzetének megváltoztatása nélkül, pl. a súrlódási munka megváltoztatása nélkül) változtathatja meg, hanem úgy is, hogy egy másik testtel érintkezik. olyan test, amelynek hőmérséklete eltér ennek a testnek a hőmérsékletétől, azaz hőátadás révén.

Azt a belső energiát, amelyet a test a hőátadás során nyer vagy veszít, „hőmennyiségnek” nevezzük. A hőmennyiséget általában "Q" betűvel jelölik. Ha egy test belső energiája megnő a hőátadás folyamata során, akkor a hőt pluszjellel látjuk el, és azt mondjuk, hogy a test `Q` hőt kapott. Amikor a belső energia csökken a hőátadás folyamata során, akkor a hő negatívnak minősül, és azt mondják, hogy a `Q` hőmennyiséget eltávolították (vagy eltávolították) a testből.

A hőmennyiség ugyanazokban a mértékegységekben mérhető, amelyekben a mechanikai energiát mérik. SI-ben ez "1". joule. Van egy másik hőmértékegység - a kalória. Kalória az a hőmennyiség, amely `1` g víz `1^@ bb"C"-vel történő felmelegítéséhez szükséges. Ezen mértékegységek közötti kapcsolatot Joule állapította meg: `1` cal `= 4,18` J. Ez azt jelenti, hogy a `4,18` kJ munkája miatt `1` kilogramm víz hőmérséklete `1` fokkal nő.

Azt a hőmennyiséget, amely egy test 1^@ bb"C"-os felmelegítéséhez szükséges, a test hőkapacitásának nevezzük. A test hőkapacitását "C" betű jelöli. Ha a testet kis mennyiségű "Delta Q" hővel látják el, és a testhőmérséklet "Delta t" fokra változik, akkor

`Q=C*Deltat=C*(t_2 – t_1)=c*m*(t_2 – t_1)”.

(1.3)

Ha egy testet olyan héj vesz körül, amely nem jól vezeti a hőt, akkor a test hőmérséklete, ha magára hagyjuk, hosszú ideig gyakorlatilag állandó marad. Ilyen ideális kagylók természetesen nem léteznek a természetben, de lehet olyan kagylókat létrehozni, amelyek tulajdonságaikban közel állnak ehhez.

Ilyen például az űrhajók bélése és a fizikában és a technológiában használt Dewar-lombikok. A Dewar-lombik egy üveg vagy fém henger dupla tükörfallal, amelyek között nagy vákuum jön létre. Az otthoni termosz üvegpalackja egyben Dewar-lombik is.

A héj szigetelő hőmennyiségmérő- olyan készülék, amely lehetővé teszi a hőmennyiség mérését. A kaloriméter egy nagy vékony falú üveg, amelyet egy másik nagy üveg belsejében parafadarabokra helyeznek úgy, hogy a falak között légréteg maradjon, és a tetején hőszigetelő fedéllel zárják le.

Ha egy kaloriméterben két vagy több különböző hőmérsékletű testet termikus érintkezésbe hozunk és várunk, akkor bizonyos idő elteltével a kaloriméter belsejében termikus egyensúly jön létre. A termikus egyensúlyba való átállás során egyes testek hőt adnak le (teljes hőmennyiség `Q_(sf"floor")`, mások hőt kapnak (teljes hőmennyiség `Q_(sf"floor")`) . S mivel a kaloriméter és a benne lévő testek nem a környező térrel, hanem csak egymással cserélnek hőt, felírhatunk egy összefüggést, ún. hőmérleg egyenlet:

Számos termikus folyamat során a test hőt képes felvenni vagy leadni anélkül, hogy a hőmérséklet változna. Ilyen termikus folyamatok akkor következnek be, amikor egy anyag aggregált állapota megváltozik - olvadás, kristályosodás, párolgás, kondenzáció és forrás. Röviden tárgyaljuk e folyamatok főbb jellemzőit.

Olvasztó- a kristályos szilárd anyag folyadékká alakításának folyamata. Az olvadási folyamat állandó hőmérsékleten megy végbe, miközben a hő elnyelődik.

Az olvadás fajlagos hője "lambda" egyenlő azzal a hőmennyiséggel, amely az olvadáspontján vett "1" kristályos anyag megolvadásához szükséges. A Q_(sf"pl") hőmennyiség, amely az olvadásponton lévő "m" tömegű szilárd test folyékony halmazállapotúvá alakításához szükséges, egyenlő

Mivel az olvadáspont állandó marad, a testnek átadott hőmennyiség megnöveli a molekulák közötti kölcsönhatás potenciális energiáját, és a kristályrács megsemmisül.

Folyamat kristályosodás- Ez egy fordított folyamat, mint az olvasztási folyamat. A kristályosodás során a folyadék szilárd halmazállapotúvá alakul, és az (1.5) képlettel is meghatározott mennyiségű hő szabadul fel.

Párolgás a folyadék gőzzé alakításának folyamata. A párolgás a folyadék nyitott felületéről történik. A párolgási folyamat során a leggyorsabb molekulák hagyják el a folyadékot, azaz olyan molekulák, amelyek képesek legyőzni a folyadékmolekulák által kifejtett vonzó erőket. Ennek eredményeként, ha a folyadék hőszigetelt, a párolgási folyamat során lehűl.

A fajlagos párolgási hő "L" egyenlő azzal a hőmennyiséggel, amely 1 kg folyadék gőzzé alakításához szükséges. A `Q_(sf"use")` hőmennyiség, amely egy "m" tömegű folyadék gőzállapotúvá alakításához szükséges, egyenlő

`Q_(sf"isp") =L*m`.

(1.6)

Kondenzáció- a párolgási folyamatnak fordított folyamat. Kondenzáció esetén a gőz folyadékká alakul. Ez hőt termel. A gőzkondenzáció során felszabaduló hőmennyiséget az (1.6) képlet határozza meg.

Forró- olyan folyamat, amelyben a folyadék telített gőznyomása megegyezik a légköri nyomással, így a párolgás nemcsak a felületről, hanem a teljes térfogatban történik (a folyadékban mindig vannak légbuborékok, forráskor a gőznyomás bennük eléri a légköri nyomást, és a buborékok felfelé emelkednek).

Mint ismeretes, a különféle mechanikai folyamatok során a mechanikai energia változása következik be. A mechanikai energia változásának mértéke a rendszerre ható erők munkája:

A hőcsere során a test belső energiájában változás következik be. A belső energia hőátadás során bekövetkező változásának mértéke a hőmennyiség.

A hőmennyiség a belső energia változásának mértéke, amelyet a test kap (vagy lemond) a hőcsere folyamata során.

Így mind a munka, mind a hőmennyiség jellemzi az energia változását, de nem azonos az energiával. Nem magának a rendszernek az állapotát jellemzik, hanem meghatározzák az energia átmenet folyamatát egyik típusból a másikba (egyik testből a másikba), amikor az állapot megváltozik, és jelentősen függ a folyamat természetétől.

A fő különbség a munka és a hőmennyiség között az, hogy a munka jellemzi a rendszer belső energiájának megváltoztatásának folyamatát, amelyet az energia egyik típusból a másikba való átalakulása kísér (mechanikaiból belsővé). A hőmennyiség jellemzi a belső energia egyik testről a másikra történő átvitelének folyamatát (a melegebbről a kevésbé fűtöttre), amelyet nem kísérnek energiaátalakítások.

A tapasztalatok azt mutatják, hogy egy m tömegű test hőmérsékletről hőmérsékletre való felmelegítéséhez szükséges hőmennyiséget a képlet segítségével számítjuk ki

ahol c az anyag fajlagos hőkapacitása;

A fajlagos hőkapacitás SI mértékegysége joule per kilogramm Kelvin (J/(kg K)).

Fajlagos hő c számszerűen egyenlő azzal a hőmennyiséggel, amelyet egy 1 kg tömegű testnek át kell adni ahhoz, hogy azt 1 K-vel felmelegítse.

Hőkapacitás a test számszerűen egyenlő a testhőmérséklet 1 K-val történő megváltoztatásához szükséges hőmennyiséggel:

Egy test hőkapacitásának SI mértékegysége joule per Kelvin (J/K).

Ahhoz, hogy egy folyadékot állandó hőmérsékleten gőzzé alakítsunk, bizonyos mennyiségű hőt kell felhasználni

ahol L a fajlagos párolgási hő. A gőz lecsapódásakor ugyanannyi hő szabadul fel.

Ahhoz, hogy egy m tömegű kristályos testet az olvadási hőmérsékleten megolvaszthassunk, bizonyos mennyiségű hőt kell átadni a testnek.

hol van a fajlagos olvadási hő. Amikor egy test kikristályosodik, ugyanannyi hő szabadul fel.

Az m tömegű tüzelőanyag teljes elégetésekor felszabaduló hőmennyiség,

ahol q a fajlagos égéshő.

A párolgási, olvadási és égéshő SI mértékegysége joule per kilogramm (J/kg).

Ebben a leckében megtanuljuk, hogyan kell kiszámítani a test felmelegítéséhez szükséges vagy a hűtés során felszabaduló hőmennyiséget. Ehhez összefoglaljuk az előző leckéken elsajátított ismereteket.

Ezenkívül megtanuljuk a hőmennyiség képletével kifejezni a fennmaradó mennyiségeket ebből a képletből, és más mennyiségek ismeretében kiszámítani azokat. A hőmennyiség kiszámítására szolgáló megoldással kapcsolatos probléma példáját is figyelembe kell venni.

Ez a lecke a hőmennyiség kiszámításával foglalkozik, amikor egy testet felmelegítenek vagy hűtve felszabadulnak.

Nagyon fontos a szükséges hőmennyiség kiszámításának képessége. Erre például akkor lehet szükség, amikor kiszámolják azt a hőmennyiséget, amelyet a helyiség fűtéséhez a víznek kell átadni.

Rizs. 1. Az a hőmennyiség, amelyet át kell adni a víznek a helyiség fűtéséhez

Vagy a különféle motorokban az üzemanyag elégetésekor felszabaduló hőmennyiség kiszámításához:

Rizs. 2. Az a hőmennyiség, amely felszabadul, amikor az üzemanyag eléget a motorban

Erre az ismeretre van szükség például a Nap által kibocsátott és a Földre eső hőmennyiség meghatározásához is:

Rizs. 3. A Nap által kibocsátott és a Földre eső hőmennyiség

A hőmennyiség kiszámításához három dolgot kell tudnod (4. ábra):

• testtömeg (amely általában mérleg segítségével mérhető);
• az a hőmérséklet-különbség, amellyel a testet fel kell melegíteni vagy hűteni (általában hőmérővel mérik);
• a test fajlagos hőkapacitása (mely a táblázatból határozható meg).

Rizs. 4. Mit kell tudni a megállapításhoz

A hőmennyiség kiszámításának képlete a következőképpen néz ki:

Ebben a képletben a következő mennyiségek jelennek meg:

A joule-ban mért hőmennyiség (J);

Egy anyag fajlagos hőkapacitását mértékegységben mérik;

- hőmérséklet-különbség, Celsius fokban mérve ().

Tekintsük a hőmennyiség kiszámításának problémáját.

Feladat

Egy gramm tömegű rézüveg liter térfogatú vizet tartalmaz hőmérsékleten. Mennyi hőt kell átadni egy pohár víznek, hogy a hőmérséklete egyenlő legyen?

Rizs. 5. A problémakörülmények szemléltetése

Először írunk fel egy rövid feltételt ( Adott) és konvertálja át az összes mennyiséget a nemzetközi rendszerbe (SI).

Adott:	SI
Megtalálja:

Megoldás:

Először is határozzuk meg, milyen más mennyiségekre van szükségünk a probléma megoldásához. A fajlagos hőkapacitás táblázatát (1. táblázat) felhasználva találjuk (a réz fajhőkapacitása, mivel feltétel szerint az üveg réz), (a víz fajhőkapacitása, mivel feltétel szerint víz van az üvegben). Ráadásul tudjuk, hogy a hőmennyiség kiszámításához víztömegre van szükségünk. A feltétel szerint csak a kötetet adjuk meg. Ezért a táblázatból vesszük a víz sűrűségét: (2. táblázat).

asztal 1. Egyes anyagok fajlagos hőkapacitása,

asztal 2. Egyes folyadékok sűrűsége

Most minden megvan, ami a probléma megoldásához szükséges.

Vegye figyelembe, hogy a végső hőmennyiség a rézüveg felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség és a benne lévő víz felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség összegéből áll:

Először számítsuk ki a rézüveg felmelegítéséhez szükséges hőmennyiséget:

A víz felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség kiszámítása előtt számítsuk ki a víz tömegét a 7. osztályból ismert képlettel:

Most kiszámolhatjuk:

Akkor kiszámolhatjuk:

Emlékezzünk, mit jelent a kilojoule. A "kilo" előtag azt jelenti .

Válasz:.

Az ehhez a fogalomhoz kapcsolódó hőmennyiség (úgynevezett közvetlen problémák) és mennyiségek meghatározásával kapcsolatos problémák megoldásának kényelme érdekében az alábbi táblázatot használhatja.

Szükséges mennyiség	Kijelölés	Egységek	Alapképlet	A mennyiség képlete
A hőmennyiség

A mechanikai energiával együtt minden testnek (vagy rendszernek) van belső energiája. A belső energia a pihenés energiája. A testet alkotó molekulák termikus kaotikus mozgásából, kölcsönös elrendeződésük potenciális energiájából, az atomokban az elektronok, az atommagokban a nukleonok kinetikai és potenciális energiájából áll, stb.

A termodinamikában nem a belső energia abszolút értékét, hanem változását fontos ismerni.

A termodinamikai folyamatokban csak a mozgó molekulák kinetikai energiája változik (a hőenergia nem elegendő egy atom, még kevésbé egy mag szerkezetének megváltoztatásához). Ezért valójában belső energia alatt a termodinamikában energiát értünk termikus kaotikus molekuláris mozgások.

Belső energia U egy mól ideális gáz egyenlő:

És így, a belső energia csak a hőmérséklettől függ. Az U belső energia a rendszer állapotának függvénye, háttértől függetlenül.

Nyilvánvaló, hogy általános esetben egy termodinamikai rendszernek lehet belső és mechanikai energiája is, és a különböző rendszerek kicserélhetik ezeket az energiákat.

Csere mechanikus energia tökéletes jellemzi munka A,és a belső energia cseréje az átadott hőmennyiség Q.

Például télen forró követ dobtál a hóba. A potenciális energia tartalék miatt mechanikai munkát végeztek a hó tömörítésére, a belső energia tartalék miatt pedig a hó olvasztását. Ha a kő hideg volt, i.e. Ha a kő hőmérséklete megegyezik a közeg hőmérsékletével, akkor csak munkát végeznek, de nem történik belső energiacsere.

Tehát a munka és a hő nem különleges energiaforma. Hőtartalékról vagy munkáról nem beszélhetünk. Ez mértéke át egy másik mechanikai vagy belső energiarendszer. Beszélhetünk ezeknek az energiáknak a tartalékáról. Ezenkívül a mechanikai energia hőenergiává alakítható és fordítva. Például, ha kalapáccsal megüt egy üllőt, akkor egy idő után a kalapács és az üllő felmelegszik (ez egy példa disszipáció energia).

Még sok példát hozhatunk az egyik energiaforma másikká való átalakulására.

A tapasztalat azt mutatja, hogy minden esetben A mechanikai energia átalakulása hőenergiává és fordítva mindig szigorúan egyenértékű mennyiségben történik. Ez a lényege a termodinamika első törvényének, amely az energia megmaradás törvényéből következik.

A testnek átadott hőmennyiség a belső energia növelésére és a test munkájának elvégzésére megy el:

,

(4.1.1)

- Az az ami termodinamika első főtétele , vagy energiamegmaradás törvénye a termodinamika.

Aláírási szabály: ha hőt adnak át a környezetből ezt a rendszert,és ha a rendszer munkát végez a környező testeken, ebben az esetben . Az előjelszabályt figyelembe véve a termodinamika első főtétele így írható fel:

Ebben a kifejezésben U– rendszerállapot funkció; d U a teljes differenciája, és δ Kés δ A ezek nem. Minden állapotban a rendszernek van egy bizonyos és csak ez az értéke a belső energiának, ezért felírhatjuk:

,

Fontos megjegyezni, hogy a hő Kés munka A attól függ, hogy az 1-es állapotból a 2-es állapotba hogyan valósul meg az átmenet (izokórikusan, adiabatikusan stb.), valamint a belső energiától U nem függ. Ugyanakkor nem mondható el, hogy a rendszer adott állapotra meghatározott hő- és munkaértékkel rendelkezik.

A (4.1.2) képletből az következik, hogy a hőmennyiséget a munka és az energia mértékegységeiben fejezzük ki, azaz. joule-ban (J).

A termodinamikában különösen fontosak azok a körkörös vagy ciklikus folyamatok, amelyek során egy rendszer egy sor állapoton áthaladva visszatér eredeti állapotába. A 4.1. ábra a ciklikus folyamatot mutatja 1– A–2–b–1, miközben az A munka elkészült.

Rizs. 4.1

Mert U akkor állapotfüggvény

(4.1.3)

Ez minden állami funkcióra igaz.

Ha akkor a termodinamika első főtétele szerint, i.e. Lehetetlen olyan időszakosan működő motort építeni, amely több munkát végezne, mint amennyi energiát kívülről juttatnak rá. Más szóval, az első típusú örökmozgó lehetetlen. Ez a termodinamika első főtételének egyik megfogalmazása.

Megjegyzendő, hogy a termodinamika első főtétele nem jelzi, hogy az állapotváltozási folyamatok milyen irányban mennek végbe, ez az egyik hiányossága.