Cálculo con la primera ley de la termodinámica: conservación de energía

En física, el primera ley de la termodinámica se ocupa de la conservación de energía. La ley establece que la energía interna, calor y energía de trabajo se conservan. La energía interna inicial en un sistema, U_yo, cambia a una energía interna final, U_F, cuando el calor, Q, es absorbido o liberado por el sistema y el sistema funciona, W, en su entorno (o el entorno no trabajar en el sistema), de tal manera que

La parte más confusa sobre el uso de esta ecuación es averiguar qué señales a utilizar. La cantidad Q (transferencia de calor) es positiva cuando el sistema absorbe calor y negativo cuando las versiones del sistema de calor. La cantidad W (trabajo) es positiva cuando el sistema funciona en su entorno y negativa cuando el entorno funcionan en el sistema.

Para evitar confusiones, no trate de averiguar los valores positivos o negativos de cada cantidad matemática en la primera ley de thermodynamics- trabajo desde la idea de la conservación de la energía en su lugar. Piense en valores del trabajo y el calor que sale del sistema como algo negativo:

Digamos que un motor hace 2.000 julios de trabajo en su entorno, mientras que la liberación de 3.000 julios de calor. Por lo mucho que hace su cambio interior de la energía? En este caso, usted sabe que el motor hace 2.000 julios de trabajo sobre su entorno, por lo que su energía interna (U) se reducirá en 2.000 julios. Y el sistema también libera 3.000 julios de calor mientras que hace su trabajo, por lo que la energía interna del sistema disminuye por un período adicional de 3.000 julios. Pensar de esta manera hace que el cambio total de la energía interna lo siguiente:

La energía interna del sistema disminuye por 5.000 julios, que tiene sentido. Por otra parte, ¿qué pasa si el sistema absorbe 3.000 julios de calor de los alrededores, mientras que hace 2.000 julios de trabajar en ese ambiente? En este caso, usted tiene 3.000 julios de energía que entran y 2.000 joules salir. Los signos son ahora fáciles de entender:

En este caso, el cambio neto de la energía interna del sistema es +1.000 julios.

También puede ver el trabajo negativo cuando el entorno funcionan en el sistema. Digamos, por ejemplo, que un sistema absorbe 3.000 julios, al mismo tiempo que su entorno realizan 4.000 julios de trabajo en el sistema. Se puede decir que estas dos energías fluirá en el sistema, por lo que la energía interna del sistema sube en 3.000 J + 4000 = 7000 J J. Si quieres ir por los números, utilice esta ecuación:

Luego en cuenta que debido a que los alrededores están haciendo un trabajo en el sistema, W se considera negativo. Por lo tanto, se obtiene la siguiente ecuación:

Decir que el sistema absorbe 1.600 julios de calor desde el entorno y realiza 2.300 joules de trabajo en el entorno. ¿Cuál es el cambio en la energía interna del sistema? Utilice la ecuación

Aquí, Q es positivo, ya que la energía es absorbida por el sistema, y ​​el trabajo también es positivo, porque el trabajo se realiza por el sistema, por lo que tiene

Así que la energía interna del sistema disminuye por 700 julios.

Ahora dicen que el sistema absorbe 1.600 julios de calor, mientras que el entorno hacen 2.300 julios de trabajo en el sistema. ¿Cuál es el cambio en la energía interna del sistema?

En este caso, el trabajo realizado por el sistema es negativo - es decir, el entorno funcionan en el sistema. Así que usando

usted hace los siguientes cálculos:

Así que en este caso, en que el sistema absorbe el calor y el trabajo se hace en él, el cambio en la energía interna es 3.900 julios.