熱力学限界の第一法則

エネルギーは、特定のタスクを実行するために物理システムに転送する必要がある保存量です。特定のタスクを達成する能力を意味します。熱力学はギリシャ語で、熱 + 力学という 2 つの単語で構成されています。ここで、

サーモは熱を意味し、ダイナミクスは運動を意味するため、熱力学は運動または熱の流れに変換されます。熱力学は、エネルギー、エネルギー変換、仕事、エネルギー、熱、温度の関係を研究する科学の一分野です。より大きな文脈では、熱力学はエネルギーをある形態から別の形態に変換し、ある組成から別の組成にエネルギーを伝達することに焦点を当てています.

熱力学はエネルギーの相互変換のみに関係し、体の累積エネルギーには関係しません。

「熱力学の父」は、ニコラス・レナード・サディ・カルノーとしてよく言及されます。

熱力学の研究は、熱力学の第 1、第 2、および第 3 法則から導き出された一般化に完全に基づいています。

熱力学第一法則

この法律は、エネルギーを生成したり破壊したりできないことを規定しています。特定の状態から次の状態にのみ変更できます。

宇宙が構成する総エネルギーは一定です。

あるエネルギーが消えると、別の形のエネルギーが現れます。

エネルギーを消費せずに出力を出せる永久機関を作ることは不可能です。

エネルギーはある形態から別の形態に変化しますが、孤立したシステムの総エネルギーは一定のままです。システムが初期状態から最終状態に変化すると、内部エネルギーが E から E に変化します。したがって、E は次のように記述できます。

ΔE=Ef+Ei

内部エネルギーの変化は、吸収または進化の 2 つの方法で発生します。

システム上で作業を行うか、システムによって行われる作業を行うことによって。ここで、内部エネルギーが E1 である系を考えます。システムに q の熱量が供給されると、システムの内部エネルギーは E1+ q になります。仕事 w もシステムで行われる場合、最終的な内部エネルギーは E2 になります。したがって、

E2=E1 + q +w

E2–E1=q + w

ΔE =q + w

前述の式は、熱力学の第一法則の正しい数式です。

例

ドライバーがブレーキを踏んで車の速度を下げると、運動エネルギーが熱エネルギーに変換されます。ここでは、エネルギーは破壊されませんが、車の動きによって存在する運動エネルギーは熱エネルギーに変換されます。

熱力学の第一法則 重要性:-

• この法則は、自然界のすべてのプロセスに適合します。
• 熱力学の第一法則は、最初に内部エネルギーを確立しました。
• また、機械から何らかの仕事を得たい場合は、同等のエネルギーで燃料を供給する必要があることも強調しています。
• この法則は、エネルギー保存の法則を言い換えたものです。
• この法則は、仕事と熱の関係を確立するのにも役立ちます。この法則によれば、システムの内部エネルギーは、システムに熱を供給するか、システムに力を加えるか、またはその両方によって増加させることができます。

熱力学の限界の第一法則

重要度:

• 第 1 法則は、行われた仕事とその仕事中に吸収された熱との関係を確立していますが、この法則の重大な欠点である熱の流れの方向を特定できていません。

例- 氷の立方体を低温に冷やして熱を取り出すことはできません。いくつかの外部作業が必要です。実際には、熱エネルギーを同等の仕事量に変換することはできません。

例- ロッドが一方の端から加熱されると、平衡が得られる必要がありますが、これはエネルギーの放出によってのみ可能になります。システムのエントロピーについては話していません。

熱力学第一法則の限界を克服するために、熱力学第二法則として知られる別の法則が確立されました。簡単に言えば、この法則は、高温のものは、何もしなければ確実に冷えるということを教えてくれます。つまり、熱の流れの方向はエントロピーの低いものから高いものへと向かうということです。

結論

熱力学の第 1 法則は、主にエネルギー保存則の再記述であり、エネルギーは生成または破壊できないと主張しています。ある形式から別の形式に変換および変更することしかできません。

この法則は、物質の 3 つの相、つまり、固体、液体、気体のすべてに適用されます。しかし、熱流の方向を特定できなかったなどのいくつかの制限により、ルドルフ・クラウジウスとウィリアム・トムソン(ケルビン)によって熱力学の第 2 法則が確立されました。