閉じたシステムは、仕事と熱伝達を通じて周囲の助けを借りてエネルギーの形を変えることができます。熱と仕事は、システムの境界を越えて移動し、システムに同様の影響を与える可能性のあるエネルギーの形態です。仕事としてシステムに入るエネルギーは、熱として出る可能性があり、可逆的なプロセスでもあります.
熱力学の第 1 法則は、システムとその周囲との間の相互作用中に、システムによって得られるエネルギーの量が、周囲によって失われるエネルギーの量と正確に等しくなければならないことを示しています。ここで、熱、仕事、内部エネルギーなど、エネルギー方程式に影響を与えるすべての要素について説明します。
熱力学方程式の第一法則
熱伝達
熱は、温度差を利用して 2 つの異なるシステム間で伝達されるエネルギーの一種です。システムが同じ温度にある場合、システム間で熱伝達が発生しないことに注意してください。
熱の単位は kJ または BTU です。伝達される熱量は、単位時間あたりに伝達される熱の割合です。これはベクトル量です。したがって、大きさ、作用点、および方向があります。
熱伝達のモード
熱は 3 つの異なるモードで伝達できます:
- 対流
- 放射線
- 伝導。
そして、これらすべてのモードは異なる温度の存在を必要とします.
対流は、固体表面と隣接する気体または液体の間の熱伝達のモードです。それは、愛情と伝導の複合効果です。存在する流体がポンプの助けを借りて強制的に動かされる場合、対流は強制としても知られています。存在する流体が浮力のために動いている場合、自然または自由とも呼ばれます。
伝導とは、エネルギー粒子によって引き起こされる力またはエネルギーが、両方の粒子との相互作用により隣接するエネルギーの低い粒子に伝達されることです。固体では、格子内の粒子の振動と自由粒子によって輸送されるエネルギーの組み合わせにより、伝導が発生します。
放射線:放射線は、物質または粒子によって電磁波の形で放出されるエネルギーの一種です。これにより、分子または原子の電子配置が変化します。
熱
熱は Q で表され、系の境界付近のエネルギー移動です。
仕事
作業は W で示され、システムの境界の周りにはさまざまなタイプの作業転送があります:
- 境界作業 Wb ピストンまたはシリンダー
- Electric Work We Volts.amps.time
- シャフト ワーク Ws パドルホイール
境界仕事は、力 F を積分し、状態 1 と状態 2 の間の増分距離モード dx を掛けることによって評価されます。ピストン シリンダー デバイスを扱う場合、力をピストン A の面積で置き換え、圧力を掛けることができます。 P、Adx をボリューム dV の変化に置き換えます:
W1-2 =<サブ>1 ∫F dx=1 ∫PAdx=<サブ>1 ∫PdV
1 ∫PdV=(曲線下面積)
システムの質量が m(kg) の場合、次のようになります:
W1-2 =<サブ>1 ∫P dV=m1 ∫P dv=mw1-2
P =圧力 (kPa)
V =体積 (m3)
m =質量 (kg)
v =比容積 (m3/kg)
W =完了した作業 (kJ)
w =行われた特定の仕事 (kJ/kg)
内部エネルギー (u)
エネルギー方程式の 3 番目の部分は、内部エネルギーの変化であり、仕事または熱伝達をもたらします。比内部エネルギーは系の特性です。
静止閉鎖系のエネルギー方程式
Q-W=ΔU [kJ]
ΔU =エネルギーの変化
Q =追加された熱
W=システムによって行われた作業
ここで、方程式の各項をシステム質量 m(kg) で割ります。方程式の特定の形式を取得します:
q-w=Δu [kJ/kg]
エンタルピー (h)
これは方程式の主要部分の 1 つです。
エンタルピー [kJ]:H=U+PV
比エンタルピー [kJkg]:h=u+Pv
得られたエネルギー方程式を適用します:
W1-2 =<サブ>1 ∫PdV=P(V2 -V2 )
エネルギー方程式の値を代入して単純化する:
Q=U2 -U1 +P(V2 -V2 )=H2 -H1
Q=ΔH（定圧過程）
結論
最初の熱力学的法則は Q-W=ΔU です。ここで、ΔU はエネルギーの変化、W は仕事、Q は伝達される熱です。伝達される熱と行われる仕事はどちらも移動中のエネルギーであり、内部エネルギー U はシステムの状態に依存します。上記のすべての点に出くわすことで、熱力学の第一法則とその方程式が詳細に説明されました。
熱と仕事、エネルギー、つまり内部エネルギーの関係を理解できる法則です。熱とエネルギーと仕事の相互作用により、エネルギーが伝達され、系に変化が生じるたびに変換が起こります。注:エネルギーの転送中にエネルギーが生成または損失されることはありません。
