Förhållandet mellan värme som läggs till ett system, intern energi och externt arbete som utförs av systemet beskrivs av första lagen om termodynamik . Denna lag säger att:

Förändringen i intern energi i ett stängt system är lika med värmen som läggs till systemet minus det arbete som görs av systemet.

Matematiskt kan detta uttryckas som:

ΔU =Q - W

Där:

* ΔU är förändringen i systemets inre energi

* q är värmen som läggs till i systemet

* w är det arbete som görs av systemet

Förklaring:

* Intern energi (U) är den totala energin som molekylerna har i ett system, inklusive kinetisk energi (på grund av rörelse) och potentiell energi (på grund av position och interaktioner).

* värme (Q) är överföringen av termisk energi mellan föremål vid olika temperaturer.

* Work (W) är den energi som överförs när en kraft orsakar en förskjutning. I ett termodynamiskt system utförs ofta arbete genom att expandera mot ett tryck, till exempel när en gas skjuter en kolv.

Nyckelpunkter:

* Positiv Q: Värme som läggs till systemet ökar dess inre energi.

* negativ Q: Värme som tas bort från systemet minskar dess inre energi.

* Positiv W: Arbetet som utförs av systemet minskar dess inre energi.

* Negativ W: Arbetet på systemet ökar sin inre energi.

Exempel:

* Uppvärmning av en gas i en behållare: Om du lägger till värme till en gas i en styv behållare kommer den inre energin i gasen att öka (ΔU> 0). Eftersom behållaren är styv ut görs inget arbete (W =0).

* expanderande gas i en kolv: Om du tillåter en gas att expandera mot en kolv kommer gasen att göra arbete på kolven (W> 0). Om ingen värme tillsätts (q =0) kommer den inre energin i gasen att minska (ΔU <0).

Sammanfattningsvis:

Den första lagen om termodynamik belyser bevarande av energiprincipen. Energi kan inte skapas eller förstöras, men den kan överföras mellan olika former, till exempel värme och arbete. Att förstå detta förhållande är avgörande inom olika områden, inklusive teknik, kemi och fysik.