熱力学という言葉は、熱と力学を組み合わせたものです。 「サーム」という言葉は、サーマルの略です。サーマルとは簡単に言えば熱のことです。 「ダイナミクス」という言葉は、力学の分野に関連しています。熱力学は、熱、温度、仕事、およびエネルギーの間の関係を述べています。熱力学には 4 つの法則があります。ただし、この記事では熱力学の第一法則のみを扱います。
熱力学第一法則
熱力学の第 1 法則は、システムが行う内部エネルギーと仕事をシステムに供給される熱に関連付けます。法律は、熱がエネルギーの一形態であることを確認しています。熱力学的プロセスは、エネルギー保存の原則に基づいています。これは、熱は生成も破壊もされないという事実を指します。ただし、ある形から別の形に変わる可能性があります。したがって、熱力学の第一法則はエネルギー保存の法則でもあります。
熱力学の第一法則によると、孤立した系にエネルギーを与えると、そのエネルギーの一部が系の内部エネルギーを変化させるために使われるようになります。ただし、残りのエネルギーは仕事をするために使用されます。
数学的表現は ΔU =q + W
どこで
ΔU は系の内部エネルギーの変化です。
q は熱伝達の代数和です。熱伝達は、システムと周囲の間で行われます。
W は、システムとその周囲との作業相互作用です。
熱力学第一法則の応用
熱力学の概念が確立された後、熱力学の多くの応用が発見されました。それは多くの新しいデバイスを発明するのに役立ち、いくつかの既存のシステムの動作を改善しました.この法則は、冷蔵庫、ボイラー、コンプレッサー、ロケット、タービン、電球など、熱と仕事の移動プロセスを伴うあらゆる機械や装置の基礎となっています。熱機関。
エンジンの働き
エンジンは、車、バイク、トラック、飛行機など、私たちの身の回りのいたるところにあります。これらのエンジンは、熱力学の第一法則に基づいて作動します。エンジンは、チャンバー、ピストン、およびガスがチャンバーに入る開口部を備えています。エンジン近くのシステムが火花を発生させ、燃料が少量燃焼し始めます。
これらのエンジンで使用される燃料は、一般的にガソリン、ディーゼル、または灯油です。これらの燃料は非常に急速に燃焼し、ガスに変換されます。チャンバーのサイズが小さいため、ガスが閉じ込められ、圧力が上昇します。この圧力がピストンを動かし、車両の動きをさらに助けます。最終的に、熱エネルギーから機械エネルギーへの変換を観察できます。
熱機関
熱機関も、熱を仕事に変換することにより、熱力学の第一法則の原理に基づいて動作します。熱力学の第 1 法則の最も一般的な用途は、一般的に列車で使用される蒸気エンジンです。かつて蒸気機関は自動車の製造にも使用されていましたが、現在では一般的にガソリンまたはディーゼル エンジンで作動します。ただし、ディーゼル エンジンやガス エンジンは熱を利用して発電するため、熱力学の第 1 法則も利用します。
蒸気機関の働き
蒸気機関には、大きなチャンバー、コンプレッサー、ピストンが含まれています。まず、大きな部屋で石炭が燃え始め、水が加熱されて蒸気や蒸気が発生します。次に、蒸気は圧縮機で圧縮されます。蒸気の圧力がエンジンのピストンを動かします。これが電車の動きにつながります。ここでの変換は、熱エネルギーから機械エネルギーへの変換です。
冷却機の働き
冷蔵庫とエアコンの動作も、熱力学の第一法則に基づいています。ほとんどの冷却システムは、クローズド システムに基づいています。まず、冷却システムに存在するガス、主にハイドロフルオロカーボン (HFC) がコンプレッサーで圧縮されます。この圧縮により、ガスの内部温度が上昇します。その後、圧縮されたガスは十分な空間に放出されます。このスペースは、ガス温度を急激に極低温に下げる冷蔵エリア (冷蔵庫の場合など) にすることができます。これがほとんどの冷却システムの仕組みです。
結論
熱力学の第 1 法則は、システムが行う内部エネルギーと仕事をシステムに供給される熱に関連付けます。この法律は、冷蔵庫、ボイラー、コンプレッサー、ロケット、タービン、電球など、熱と仕事の移動プロセスを伴うあらゆる機械または装置の基礎となっています。この法律は、物理学と化学における多くの原則の基礎となっています。
