החוק הראשון של התרמודינמיקה

החוק הראשון של התרמודינמיקה הוא הכללה של חוק שימור האנרגיה שמוסיפה את האפשרות של שינוי באנרגיה של מערכת דרך מעבר חום אליה או ממנה, ולא רק דרך עבודה. בכך הוא מאפשר הרחבה של מושג שימור האנרגיה מתחום המכניקה הרגילה לתחום התרמודינמיקה.

מבחינה אינטואיטיבית, החוק אומר שאנרגיה של מערכת מורכבת מהחום שאגור בתוכה ומהיכולת שלה לבצע עבודה. כלומר, באופן בסיסי בטבע, אנרגיה יכולה לבוא לידי ביטוי בצורות של חום או עבודה בלבד ולכן על מנת לחשב את האנרגיה של מערכת יש לסכום שני גדלים שונים אלה.

ניסוח פורמלי

הניסוח הפורמלי של החוק נתון על ידי:

עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ \Delta U = Q - W}

כאשר עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle U} היא האנרגיה הפנימית של המערכת, עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle W} העבודה שהמערכת ביצעה על הסביבה ו- עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle Q} החום שזרם לתוך המערכת.

עבור שינויים אינפיניטיסמאליים החוק נכתב בצורה:

,

הסימון מעיד שהשינויים בחום ובעבודה אינם ביטויים המהווים דיפרנציאל שלם, משום שהחום והעבודה אינן פונקציות מצב של המערכת, התלויות רק במצב הנוכחי של המערכת.

בתהליכים הפיכים אפשר לכתוב את החוק בצורה:

עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ dU = TdS - PdV} ,

כאשר עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle T} היא הטמפרטורה, עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle S} האנטרופיה, עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle P} הלחץ ו- הנפח.

עבודה

הביטוי לעבודה שנעשתה על המערכת הוא עיבוד הנוסחה נכשל (שגיאת המרה. השרת ("https://en.wikipedia.org/api/rest_") השיב: "Cannot get mml. Server problem."): {\displaystyle \ \delta W=-PdV} . ניתן לקבל ביטוי זה על ידי חישוב הגידול בנפח של מערכת לכיוון אחד במרחק , כנגד לחץ עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle P} , כאשר שטח המגע בין המערכת לבין הסביבה הוא עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle A} . במקרה זה העבודה האינפיטיסימאלית שהמערכת מבצעת היא:

עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \delta W_{sys\rightarrow sur} = F \cdot dx = PA \cdot \frac{dV}{A} = PdV} .

העבודה שמתבצעת על המערכת שווה בגודלה והפוכה בסימנה לעבודה שהמערכת מבצעת, ולכן הביטוי המתקבל הוא: עיבוד הנוסחה נכשל (שגיאת המרה. השרת ("https://en.wikipedia.org/api/rest_") השיב: "Cannot get mml. Server problem."): {\displaystyle \ \delta W=-PdV} .

ניתן להסביר אינטואיטיבית את הערך השלילי של העבודה בכך שכשהמערכת מגדילה את הנפח, הכוח שמופעל עליה פועל נגד כיוון ההתפשטות שלה, ואילו כאשר נפח המערכת קטן, הכוח שמופעל עליה פועל עם כיוון ההתכווצות. לכן הסימן של העבודה שמתבצעת על המערכת יהיה תמיד הפוך לסימן של ההתפשטות: כאשר המערכת מתפשטת נקבל עבודה שלילית, וכאשר היא מתכווצת נקבל עבודה חיובית.

חום

הביטוי לחום שנכנס למערכת הוא עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \delta Q= TdS} .
אינו דיפרנציאל שלם, כלומר הגודל עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle Q} אינו פונקציית מצב, ולכן היה צורך למצוא גודל שהוא כן פונקציית מצב ושעבורו יהיה אפשר לכתוב דיפרנציאל. לשם כך נטבע מושג האנטרופיה.
הסימן הוא חיובי, שכן כאשר זורם חום למערכת, גדלה האנטרופיה שלו.

איברים נוספים

איבר נוסף שנכנס לחוק לעיתים קשור באפשרות להוצאת או הוספת חלקיקים למערכת. איבר זה הוא , כאשר הוא מספר החלקיקים מסוג במערכת, ועיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \mu_i} הוא הפוטנציאל הכימי עבור סוג זה, כך שאפשר לכתוב את החוק כ: עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ dU = TdS - PdV+ \sum_i \mu_i d N_i} .


הערך באדיבות ויקיפדיה העברית, קרדיט,
רישיון cc-by-sa 3.0
This article is issued from Hamichlol. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.