Koks Yra Pirmasis Termodinamikos Dėsnis?

{h1}

Pirmasis termodinamikos įstatymas teigia, kad energija negali būti sukurta ar sunaikinta, tačiau ji gali būti perkeliama iš vienos vietos į kitą ir paverčiama į ir iš kitų energijos rūšių.

Pirmasis termodinamikos dėsnis teigia, kad šiluma yra energijos rūšis, todėl termodinaminiams procesams taikomas energijos išsaugojimo principas. Tai reiškia, kad šilumos energijos negalima sukurti ar sunaikinti. Tačiau ji gali būti perkelta iš vienos vietos į kitą ir paversta kitų energijos formų energija.

Termodinamika yra fizikos šaka, nagrinėjanti šilumos ir kitų energijos rūšių ryšius. Visų pirma, jame aprašoma, kaip šiluminė energija virsta kitomis energijos rūšimis ir iš jų, ir kaip ji veikia materiją. Pagrindiniai termodinamikos principai yra išreikšti keturiais įstatymais.

„Pirmasis įstatymas sako, kad sistemos vidinė energija turi būti lygi darbui, kuris atliekamas sistemoje, pridėjus arba atėmus šilumą, tekančią iš sistemos ar iš jos, ir bet kokį kitą darbą, kuris atliekamas sistemoje. “, - teigė Misūrio valstijos universiteto fizikos profesorius Saibalas Mitra. "Taigi, tai yra energijos taupymo pakartojimas."

Mitra tęsė: "Sistemos vidinės energijos pokytis yra visų įeinančių ir išeinančių į sistemą ir iš jos energijos suma, panašiai kaip visi jūsų įnešimai ir išėmimai lemia jūsų banko balanso pokyčius". Tai matematiškai išreiškiama taip: ΔU = QW, kur ΔU yra vidinės energijos pokytis, Q yra į sistemą pridėta šiluma, ir W yra sistemos atliekamas darbas.

Istorija

18-ojo amžiaus pabaigos ir 19-ojo amžiaus pradžios mokslininkai laikėsi kalorijų teorijos, kurią pirmą kartą pasiūlė Antoine'as Lavoisier'is 1783 m., O vėliau sustiprino Sadi Carnot'o darbas 1824 m., Remdamasis Amerikos fizikų draugija. Kalorijų teorija šilumą traktavo kaip tam tikrą skystį, natūraliai tekantį iš karštų į šaltus regionus, taip pat kaip vanduo teka iš aukštų į žemas. Kai šis kalorijų skystis tekėjo iš karšto į šaltą regioną, jis galėjo būti paverstas kinetine energija ir priverstas dirbti tiek, kiek krintantis vanduo galėtų vairuoti vandens ratą. Kol Rudolfas Clausius 1879 m. Paskelbė „Mechaninę šilumos teoriją“, kalorijų teorija buvo galutinai atstatyta.

Termodinaminės sistemos

Misūrio Pietų valstijos universiteto fizikos profesorius Davidas McKee teigia, kad energiją galima padalyti į dvi dalis. Vienas iš jų yra žmogaus makroskopinis indėlis, pavyzdžiui, stūmoklis juda ir stumia dujų sistemą. Ir atvirkščiai, viskas vyksta labai mažu mastu, kai mes negalime sekti individualaus indėlio.

McKee paaiškina: „Kai aš dedu du metalo pavyzdžius vienas prieš kitą, o atomai ritasi ties riba, o du atomai atsimuša vienas į kitą, o vienas iš jų išeina greičiau nei kitas, aš negaliu išlaikyti Tai atsitinka labai mažu laiko tarpsniu ir labai mažu atstumu, daug kartų per sekundę. Taigi, mes tiesiog padalijame visą energijos perdavimą į dvi grupes: dalykus, kuriuos stebėsime, ir daiktų, kurių neketinsime stebėti. Pastarąjį mes vadiname šiluma “.

Termodinaminės sistemos paprastai laikomos atviromis, uždaromis ar izoliuotomis. Kalifornijos universiteto Daviso duomenimis, atvira sistema laisvai keičiasi energija ir medžiagomis su aplinka; uždara sistema keičiasi energija, bet nesvarbu su aplinka; ir izoliuota sistema nekeičia energijos ar materijos su aplinka. Pavyzdžiui, puode verdanti sriuba gauna energiją iš viryklės, spinduliuoja šilumą iš keptuvės ir išskiria medžiagas garų pavidalu, kuri taip pat praranda šilumos energiją. Tai būtų atvira sistema. Jei puodą uždengtume sandariu dangčiu, jis vis tiek spinduliuotų šilumos energiją, tačiau garų pavidalu jis daugiau neišskleistų medžiagos. Tai būtų uždara sistema. Tačiau jei sriubą supilstytume į puikiai izoliuotą termoso buteliuką ir uždarytume dangtį, į sistemą ar iš jos nepatektų nei energijos, nei materijos. Tai būtų izoliuota sistema.

Tačiau praktikoje negali būti visiškai izoliuotų sistemų. Visos sistemos perduoda energiją į savo aplinką spinduliuotės būdu, kad ir kokios izoliuotos jos būtų. Termose esanti sriuba išliks karšta tik kelias valandas ir kambario temperatūrą pasieks jau kitą dieną. Kitame pavyzdyje baltosios nykštukinės žvaigždės, karštos sudegusių žvaigždžių liekanos, nebegaminančios energijos, gali būti izoliuotos šviesos spinduliu metu beveik tobule vakuume tarpžvaigždinėje erdvėje, tačiau ilgainiui jos atvėsta nuo kelių dešimčių tūkstančių laipsnių. iki energijos absoliutaus praradimo dėl radiacijos. Nors šis procesas užtrunka ilgiau nei dabartinis Visatos amžius, jo sustabdyti nėra įmanoma.

Šilumos varikliai

Labiausiai paplitęs Pirmojo įstatymo pritaikymas yra šilumos variklis. Šilumos varikliai šiluminę energiją paverčia mechanine energija ir atvirkščiai. Dauguma šilumos variklių patenka į atvirų sistemų kategoriją. Pagrindinis šilumos variklio principas išnaudoja darbinio skysčio šilumos, tūrio ir slėgio ryšį. Šis skystis paprastai yra dujos, tačiau kai kuriais atvejais ciklo metu jis gali pasikeisti iš dujų į skystą ir atgal į dujas.

Kai dujos kaitinamos, jos plečiasi; tačiau uždarant šias dujas slėgis padidėja. Jei gimdymo kameros apatinė siena yra kilnojamojo stūmoklio viršutinė dalis, šis slėgis veikia stūmoklio paviršių jėgą, sukeliančią jo judėjimą žemyn. Šis judesys gali būti panaudotas darbui, lygiam stūmoklio viršuje veiktai jėgai, padaugintam iš atstumo, kurį stūmoklis juda.

Pagrindinio šilumos variklio variantų yra daugybė. Pavyzdžiui, garų varikliai, norėdami šildyti katilo baką, kuriame yra darbinis skystis, paprastai vanduo, priklauso nuo išorinio degimo. Vanduo virsta garais, o slėgis naudojamas stūmokliui sukti, kuris šilumos energiją paverčia mechanine energija. Tačiau automobilių varikliuose naudojamas vidaus degimas, kai skystas kuras garinamas, sumaišomas su oru ir uždegamas cilindro viduje virš kilnojamojo stūmoklio, nukreipiančio jį žemyn.

Šaldytuvai, oro kondicionieriai ir šilumos siurbliai

Šaldytuvai ir šilumos siurbliai yra šilumos varikliai, kurie mechaninę energiją paverčia šiluma. Daugelis jų patenka į uždarų sistemų kategoriją. Suspaudus dujas, jų temperatūra padidėja. Tada šios karštos dujos gali perduoti šilumą į ją supančią aplinką. Tada, kai suslėgtoms dujoms leidžiama išsiplėsti, jų temperatūra tampa šaltesnė nei buvo prieš suspaudžiant, nes dalis šiluminės energijos buvo pašalinta karšto ciklo metu. Tada šaltos dujos gali absorbuoti šilumos energiją iš savo aplinkos. Tai yra pagrindinis oro kondicionieriaus veikėjas. Oro kondicionieriai iš tikrųjų negamina šalčio; jie pašalina šilumą. Darbinis skystis pernešamas lauke mechaniniu siurbliu, kur jis kaitinamas suspaudžiant. Tada šilumą jis perduoda į lauko aplinką, paprastai per oru aušinamą šilumokaitį. Tada jis grąžinamas į patalpas, kur jam leidžiama išsiplėsti ir atvėsti, kad jis galėtų absorbuoti šilumą iš patalpų oro per kitą šilumokaitį.

Šilumos siurblys yra tiesiog oro kondicionierius, veikiantis atbuline eiga. Šiluma iš suslėgto darbinio skysčio naudojama pastatui pašildyti. Tada jis pernešamas į išorę, kur jis plečiasi ir tampa šaltas, tokiu būdu leisdamas absorbuoti šilumą iš lauko oro, kuris net žiemą paprastai yra šiltesnis nei šaltas darbinis skystis.

Geoterminio arba žemės paviršiaus oro kondicionavimo ir šilumos siurblių sistemose naudojami ilgi U formos vamzdžiai giliuose šuliniuose arba horizontalių vamzdžių masyvas, palaidotas dideliame plote, per kurį cirkuliuoja darbinis skystis, o šiluma perduodama į žemę arba iš jos. Kitos sistemos darbiniam skysčiui pašildyti ar upėms naudoja upių ar vandenynų vandenį.

Papildomi resursai

Čia pateikiami dar trys pirmojo termodinamikos dėsnio paaiškinimai:

  • NASA Glenno tyrimų centras
  • Džordžijos valstijos universiteto „HyperPhysics“ svetainė
  • Kalifornijos universitetas, Daviso „ChemWiki“


Vaizdo Papildas: Elektros energijos taupymo ir pirmojo termodinamikos dėsnio paradigma....




Tyrimas


Elektromagnetiniai Tyrimai Suteikia Naujų Įrankių
Elektromagnetiniai Tyrimai Suteikia Naujų Įrankių

Kaip Nasa Patobulino Kūdikių Maistą?
Kaip Nasa Patobulino Kūdikių Maistą?

Mokslas Naujienos


Paslėptas Paveikslas „Da Vinci“ Šedevras Atskleistas Naujais Vaizdais
Paslėptas Paveikslas „Da Vinci“ Šedevras Atskleistas Naujais Vaizdais

Genai Atskleidžia Senovės Peru Šeimų Paslaptis
Genai Atskleidžia Senovės Peru Šeimų Paslaptis

„Oculus Rift“: 5 Virtualioji Realybė Naudojama Ne Tik Žaidimuose
„Oculus Rift“: 5 Virtualioji Realybė Naudojama Ne Tik Žaidimuose

Aukcione Sigmundo Freudo Kolekcionuojami Daiktai Galėjo Atgauti Daugiau Nei 100 000 Usd
Aukcione Sigmundo Freudo Kolekcionuojami Daiktai Galėjo Atgauti Daugiau Nei 100 000 Usd

Kaip Veikia Šviesos Tarša
Kaip Veikia Šviesos Tarša


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com