熱力学の第 1 法則では、システムの内部エネルギーの変化 (ΔU) は、システムに供給される熱量 (Q) からシステムが行った仕事量 (W) を差し引いたものに等しいと述べています
ランプのスイッチを入れるとどうなりますか？ワイヤーを通って来る電気エネルギーは光に変換されます。車のイグニッションを上げると、ガソリンに蓄えられたエネルギーがあなたを動かします。あなたが行うすべての毎日の活動は、あなたが食べ物で食べるカロリーのために起こります.エネルギーは常にある形から別の形に変換されます!私たちは意識生活のあらゆる瞬間にそれが起こっているのを見ています.
物理学の領域では、世界で起こるすべてのことには法則があります。この現象を支配する法則がエネルギー保存の法則です。法律は、エネルギーは創造も破壊もできないと述べています。ある形から別の形にしか変化できません。
熱力学は、熱エネルギーと、仕事やその他の形態のエネルギーとの関係を扱う物理の一分野です。熱力学の第一法則は、熱エネルギーに関連するエネルギー保存則のバージョンです。熱力学の法則は、仕事、熱、およびエネルギーがシステムに与える影響を定義します。システムとは、エネルギーが伝達される、有限に制限された宇宙内の任意の領域です。この境界の外にあるものはすべてその周囲です。
(写真提供:Wavesmikey / ウィキペディア・コモンズ)
熱力学の第一法則とは?
熱力学の第一法則は、システムの内部エネルギーの変化 ( 
) は、システムに供給される熱量 ( 
) システムによって実行された作業量を差し引いた値 ( 
):
一部の場所では、次のように見つけることができます:
2 つの式の違いは、最初の式では W がシステムによって実行される作業であるのに対し、2 番目の式では W がシステムによって行われる作業であることです。 1 つは、システム上で行われる作業です。システムが何らかの作業を行う場合、最初の式を使用できますが、システムで作業が行われる場合は、2 番目の式を使用できます。
異なる方程式があるのはなぜですか?
法則は同じままですが、方程式はシステムで発生するイベントによって異なります。 -W を含む最初の方程式は、内燃機関を扱う物理学者によって定義されました。彼らの場合、システムに供給される熱がガスを膨張させ、それがピストンを動かしたり、「何らかの仕事をしたり」します。これは、法則を完全な形で最初に述べた科学者であるクラウジウスが使用した方程式でした.
化学者は、ガスに対して作業が行われるときにプロセスが発生するシステムを主に扱うため、+W を使用して 2 番目の方程式を使用します。この方程式は IUPAC 規則の一部であり、今日最も一般的に使用されている方程式です。
熱力学の第一法則の例
内燃機関
出典:ウィキメディア・コモンズ/著者:MichaelFrey
熱力学の第一法則を説明するために使用される典型的な例は、内燃機関です。 IC エンジンでは、火花点火が空気とガソリンの混合物を燃焼させます。燃焼により、エンジン内のガスが膨張します。この膨張によりピストンが外側に押し出され、機械エネルギーである車両が前進します。その過程で、エンジンも加熱され、熱エネルギーとしていくらかのエネルギーを失います。
これを式に入れると、内部エネルギーの変化（または ) は、燃料に蓄えられたエネルギーです。 Q は、スパーク プラグによってエンジンに提供される熱です。したがって、W は結果として生じる動き (機械エネルギー) と熱 (損失) です。
とろける角氷
(写真提供:Flickr)
角氷を皿の上に置いておいてください。数分で溶けて水になります。氷が周囲の空気から熱を吸収し、空気が冷たくなり、氷が水に変わります。この場合、熱の吸収により物質の状態が変化しています。内部エネルギー（または ) の氷は、周囲の空気からエネルギー (Q) を吸収して増加しています。プロセスが続くと、水が長時間放置されると蒸気に変わります。システム (水) の内部エネルギーは、熱を含む周囲に開放されているため、変化し続けます。したがって、熱力学の第一法則がエネルギーの流れを支配します。
熱力学第一法則の歴史
このような法則を定義する必要性は、人類が最初のエンジンを発明したときに初めて感じられました。熱と仕事の関係を確立することが不可欠になりました。彼らは工業生産量を増やしたいと考えていたので、熱機関の効率を定義して改善することが不可欠でした.
多くの物理学者の意見を取り入れて最初の法則を導き出すには、約半世紀かかりました。何人かの科学者がこの法則に近い発言をしました。しかし、それは 1850 年にルドルフ・クラウジウスとウィリアム・ランキンによって最初に完全に述べられました。
続きを読む:
熱力学第二法則とは?
熱力学の第三法則とは?
