1ος Νόμος της Θερμοδυναμικής 1ος Νόμος της Θερμοδυναμικής

Ο Πρώτος Θερμοδυναμικός Νόμος: Q = ΔU + W Το αποτέλεσμα είναι αφενός να θερμανθεί το αέριο, οπότε θ’ αυξηθεί η εσωτερική του ενέργεια … ΔU + και αφετέρου το αέριο (λόγω της διαστολής του) να μετακινήσει το έμβολο και να παραγάγει έργο. Θυμηθείτε την συμφωνία για τα πρόσημα Q>0, ΔU>0, W>0 W Ο Πρώτος Θερμοδυναμικός Νόμος: Q = ΔU + W

Είναι αδύνατον να κατασκευαστεί το αεικίνητο πρώτου είδους. Μια διατύπωση Είναι αδύνατον να κατασκευαστεί το αεικίνητο πρώτου είδους. Τι είναι αυτό; Θα ήταν μια μηχανή (ένα σύστημα) που θα μπορούσε να παράγει έργο χωρίς να παίρνει ενέργεια έξωθεν (από το περιβάλλον) και χωρίς να μειώνεται η εσωτερική της ενέργεια. Θα μπορούσε δηλαδή να παράγει έργο εκ του μηδενός!

Όταν δεν παράγεται έργο Το αέριο βρίσκεται σε δοχείο με ακλόνητα τοιχώματα, οπότε δεν μπορεί να διασταλεί (ισόχωρη μεταβολή). Q Τότε του προσφέρεται θερμότητα και αυτό έχει ως μοναδικό αποτέλεσμα την αύξηση της εσωτερικής ενέργειας (και συνεπώς της θερμοκρασίας) του αερίου. ΔU Το αέριο θερμαίνεται μόνο με ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Γράφουμε: Q = ΔU + 0 → Q=ΔU

Όταν η θερμοκρασία μένει σταθερή Το αέριο βρίσκεται σε συνθήκες κατά τις οποίες η θερμοκρασία του δεν μπορεί να μεταβληθεί. Q→ Τ W Η θερμότητα που του προσφέρεται δεν μεταβάλλει την εσωτερική του ενέργεια, άρα ούτε τη θερμοκρασία του. Τ Το σύστημα παράγει έργο Δηλαδή το σύστημα παίρνει θερμότητα αλλά δεν θερμαίνεται!! Γράφουμε: Q=0+W → Q=W

Όταν δεν υπάρχει θερμότητα (Ι) Το αέριο έχει θερμοκρασία Τ1 και βρίσκεται σε δοχείο το οποίο έχει πλήρως θερμομονωμένα τοιχώματα. Q=0 T1 W Το έμβολο σύρεται προς τα έξω (εκτόνωση) και παράγεται έργο. T2 < T1 Στο σύστημα δεν μπαίνει ενέργεια, άρα το έργο παράγεται εις βάρος της εσωτερικής του ενέργειας η οποία μειώνεται. Άρα μειώνεται και η θερμοκρασία τού αερίου, δηλαδή T2 < T1 Δηλαδή το αέριο ψύχεται χωρίς να χάσει θερμότητα!! Γράφουμε: 0=ΔU+W → ΔU = -W

Όταν δεν υπάρχει θερμότητα (ΙΙ) T1 Q=0 Το αέριο έχει θερμοκρασία Τ1 και βρίσκεται σε δοχείο το οποίο έχει πλήρως θερμομονωμένα τοιχώματα. F Σπρώχνοντας το έμβολο προσφέρουμε στο σύστημα έργο. W→ T2 > T1 Δx Το αποτέλεσμα είναι να αυξηθεί η εσωτερική ενέργεια του αερίου και, συνεπώς, η θερμοκρασία του. T2 >T1 F Δηλαδή το αέριο θερμαίνεται χωρίς να πάρει θερμότητα!! Γράφουμε: 0 = ΔU+W → ΔU = -W

Μια διατύπωση για λίγους Κοιτάξτε το σχήμα → Το σύστημα πηγαίνει από την κατάσταση Α (αρχική) στην κατάσταση Β (τελική). Αυτό μπορεί να γίνει με άπειρους τρόπους. Ας πούμε με τον ΑΒ και τον ΑΓΒ. Για τον ΑΒ: ΔUAB = QAB – WAB Για τον ΑΓΒ: ΔUΑΓΒ = QΑΓΒ – WΑΓΒ Όμως ΔUAB = ΔUΑΓΒ Δηλαδή QAB - WAB = QΑΓΒ – WΑΓΒ Σε κάθε μεταβολή ενός συστήματος η διαφορά Q-W είναι ανεξάρτητη από τον τρόπο που γίνεται η μεταβολή. Εξαρτάται ΜΟΝΟΝ από την αρχική και τελική κατάσταση της μεταβολής αυτής.

adiabatic isothermal