熱力学の第一法則は、エネルギーは生成も破壊もできないと述べています。言い換えれば、地球などの閉じたシステムのエネルギーの総量は一定のままです。熱力学の第一法則は、すべての物理的および化学的プロセスに適用されますが、核操作には適用されません。これは、宇宙がどのように機能するかを理解するのに役立つため、物理学で最も重要な法則の 1 つです!
多くの人が熱力学の第一法則を単純なステートメントと考えていますが、それは非常に複雑です.たとえば、多くの人は「閉じたシステム」という概念を理解するのに苦労しています。閉じたシステムとは、システム上またはシステム内で外力が作用しないことを意味し、システムとその周囲の間に正味の物質移動はありません。何が出入りするかだけでなく、出て行くときにどこに行くかも重要です。
熱力学の第一法則は、エネルギー保存の原則のステートメントです。それは、孤立した系における運動エネルギーとポテンシャルの総エネルギーが一定であると述べています。これは、たとえいくつかの形態が他の形態に変化したとしても、閉鎖系の内部、またはこの場合は外部の全エネルギーが同じままであることを意味します。いくつかの例を通して、閉じたシステムに熱がどのように出入りするかを見ていきます。
閉鎖系
閉じたシステムとは、周囲との相互作用がないシステムです。閉じたシステムとは、システム上またはシステム内で作用する外力がなく、システムとその周囲の間に正味の物質移動がないことを意味します。
プロセスが「閉じている」と見なされるためには、それが定常状態でなければなりません。これは、すべての反応物と生成物の濃度が時間とともに変化しないことを意味します。さらに、反応容器内で何らかの反応が発生した場合、物理的な測定を行う前に、互いに平衡に達している必要があります。
閉鎖系に熱を加えるとどうなりますか?
熱力学の第一法則は、閉じたシステムの総エネルギーは、仕事や他のプロセスによってどのように影響を受けるかに関係なく、一定のままであると述べています.言い換えれば、閉じた系に熱を加えても、総エネルギーは同じままです。しかし、閉じた系から熱を取り除くと、総エネルギーはゼロになるまで減少します。
たとえば、華氏 120 度の水に熱を加える (温度を上げる) 場合、総エネルギーは変化しません。そこから熱を奪う (温度を下げる) と、総エネルギーはゼロ (この場合は華氏 0 度) になるまで減少します。
クローズド システムで作業するとどうなりますか?
熱力学の第一法則によれば、閉じたシステムで作業を行うと、システムの総エネルギーが増加します。
物理学で「仕事」について話すとき、距離を置いて物体に作用する力を指しています。たとえば、オブジェクトに力を加えて、ある距離を移動して持ち上げたり、ある場所から別の場所に移動したりできます。これを行うと、システムの総エネルギーが増加します。
日常生活での熱力学第一法則の使用
閉鎖系の熱力学の第一法則は、閉鎖系にのみ関係します。ただし、エネルギーがどのように保存されるか、世界のさまざまなオブジェクト間で温度差がどのように生じるかを理解するのに役立ちます.
閉じた系に熱力学の第一法則を適用するために、いくつかの例を見てみましょう。一例として、部屋にいる場合、内部の空気は重力により圧力と密度が増加します。
別の例として、容器に水を入れると、ふたを閉めると水圧が高くなります。閉鎖系の熱力学の第一法則は、熱伝達と熱力学にも適用できます!
閉鎖系の熱力学第二法則
閉じたシステムの熱力学の第 2 法則は、平衡状態にない孤立したシステムのエントロピーは時間の経過とともに増加する傾向があり、平衡状態で最大値に近づくと述べています。エントロピーは、無秩序またはカオスとして理解されることがよくあります。
結論
閉じたシステムは、エネルギーや物質を周囲と交換しないシステムです。閉じたシステムは、エネルギーが均等に分配される平衡に達するまで変化を続けます。
閉じたシステムでは、システムに熱を加えると、ガス分子はより速く、より大きな距離を移動します。閉じたシステムで作業する場合、ガス分子はより速く、よりかなりの距離を移動します。
熱力学の第 2 法則は、全無秩序が閉鎖系では常に増加すると述べています。体に取り入れるものに注意することで、この法則を日常生活に活かすことができます。十分な栄養と十分な運動を心がけましょう!
