熱やその他の形態のエネルギーを扱う化学の分野は、熱力学として知られています。熱力学の第一法則は、熱力学過程のエネルギー保存に関するものです。ですから、熱を例にとると、熱は作ることも壊すこともできません。熱は別の形のエネルギーに戻されます。熱機関はそのようなシステムの最も一般的な例であり、熱エネルギーを機械エネルギーに、またはその逆に変換します。
熱力学
熱、温度、エネルギー、および仕事の間の関係の研究は、熱力学として知られています。熱力学の法則は、システムがどのように変化し、その環境内でどのように機能するかを説明しています。
システムと環境
熱力学的検査のために考慮される宇宙の部分は、システムとして知られています。システムの残りの部分またはシステムがない部分は、周囲として知られています。
たとえば、システムがビーカーに置かれた 1 モルのガスである場合、ビーカーの境界の外側にあるものはすべて取り囲んでいます。
熱力学の第一法則
球のエネルギーは変化しないと述べています。それは常に維持されます。生産することも、破壊することもできません。宇宙のあるシステムから別のシステムにのみ転送できます。この法則は、熱伝達と仕事の変化によるエネルギー状態の変化を表しています。
熱力学第一法則の方程式
熱力学の第一法則を定義する式は-
ΔU =q + W
- ΔU は内部エネルギーの変化で、システムと周囲の間の熱伝達です。
- W は実行された作業の合計です。
系の内部エネルギーは熱と仕事の影響を受けると述べています。
熱力学第一法則の例
- 熱機関: が最も一般的な例です。このシステムでは、機械エネルギーが熱エネルギーに変換されるか、またはその逆になります。したがって、このシステムは熱の損失を許しません。したがって、エネルギーが失われることはありません。
- 光合成: これは、植物が日光の存在下で食物を準備するために使用するプロセスです.光合成の過程で、光エネルギーが化学エネルギーに変換されます。
- 振り子の揺れ: 振り子が揺れるとき、運動エネルギーに変換された位置エネルギーを使用します。この運動エネルギーは位置エネルギーに変換されます。したがって、無駄になるエネルギーはゼロです。
- 木材の燃焼: 薪を燃やすと、化学エネルギーが運動エネルギーに変換されます。そして、燃えている木材が灰に変わるとき、この運動エネルギーが熱に変換されます。
閉鎖系の熱力学第一法則
閉じたシステムでは、問題ではなく、システムと周囲の間でエネルギーが伝達されます。
閉じたシステムの場合、行われる総仕事は、適用される圧力と、適用される力によって発生するシステムの体積の変化に等しくなります。
W =-qΔV
W はシステムで行われた仕事、q は加えられた圧力、V はシステムの体積の変化です。上記の式を使用して、行われた仕事を計算できます。
システム全体のエネルギーは維持されます。システムによってエネルギーが失われると、周囲によってエネルギーが得られます。エネルギーがシステムに吸収されると、周囲によって失われます。エネルギー変化の方程式は次のように書くことができます-
ΔU (システム) =−ΔU (周囲)
ΔUsystem はシステムのエネルギーの変化であり、ΔU Surrounds は周囲のエネルギーの変化です。
開放系の熱力学第一法則
開いたシステムでは、システムとその周囲の間でエネルギーと物質の両方が移動します。このようなシステムの例は、シャフト処理です。
断熱プロセス: システムが周囲とのエネルギーと物質の移動を許可しないプロセス。エネルギーを失うことも得ることもありませんが、システムの内部エネルギーは、システムが行う仕事の量によって変化する可能性があります。
孤立したシステム: 名前が示すように、隔離されたシステムは、環境間でのエネルギーと物質の移動を許可せず、環境環境がありません。このようなシステムのエネルギーは保存されます。
熱力学第一法則の限界
法則は、エネルギーバランスが熱力学系で維持されると述べています。しかし、それはシステムの状態の変化と熱力学的プロセスの実現可能性を説明できません。これらの概念はすべて、熱力学の第二法則によって説明されます。
結論:
熱力学の第一法則は、エネルギー保存の概念を理解するのに役立ちます。法律は、作成も破壊もできないエネルギーの概念を説明しています。システムに入るエネルギーは、その形式に関係なく、システムから出るエネルギーと同じです。
