القانون الأول وحفظ الطاقة
يمتد القانون الأول للديناميكا الحرارية ليشمل حفظ الطاقة في العمليات الحرارية، معرّفًا الحرارة والشغل كطرق قابلة للتبادل لتغيير الطاقة الداخلية للنظام.
Definition
ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على أن التغير في الطاقة الداخلية للنظام يساوي الحرارة المضافة إلى النظام مطروحًا منها الشغل الذي يبذله، معبرًا عن حفظ الطاقة عندما تُدرج الحرارة كشكل من أشكال انتقال الطاقة.
Scope
يغطي هذا الموضوع نص القانون الأول، والطاقة الداخلية كدالة حالة، واعتماد الحرارة والشغل على المسار، والتفاضلات التامة وغير التامة، وصياغة dU = dQ - dW. كما يتضمن تطبيقات على الإنثالبي، والسعات الحرارية، وتحليل العمليات الديناميكية الحرارية مثل المسارات متساوية الحرارة، والكظيمة، ومتساوية الحجم.
Core questions
- لماذا تُعد الطاقة الداخلية دالة حالة بينما الحرارة والشغل ليسا كذلك؟
- كيف أثبت المكافئ الميكانيكي للحرارة حفظ الطاقة عبر المجالات الحرارية والميكانيكية؟
- كيف تتحد الحرارة والشغل لتحديد تغيرات الطاقة على طول مسارات عملية مختلفة؟
- ما الذي يميز الإنثالبي عن الطاقة الداخلية ومتى يكون استخدام كل منهما طبيعيًا؟
Key concepts
- الطاقة الداخلية كدالة حالة
- الحرارة والشغل كانتقالات تعتمد على المسار
- التفاضلات التامة مقابل التفاضلات غير التامة
- الإنثالبي والسعات الحرارية
- العمليات الكظيمة، متساوية الحرارة، ومتساوية الحجم
Clinical relevance
يرتكز القانون الأول على حساب الطاقة في المحركات، والقياس الحراري، وإنثالبيات التفاعلات الكيميائية، وتوازن الطاقة الأيضية، موفرًا مبدأ المحاسبة لكل عملية تتبادل الحرارة والشغل.
History
تَبَلْوَرَ القانون الأول في أربعينيات القرن التاسع عشر عندما أثبت ماير وجول بشكل مستقل المكافئ الميكانيكي للحرارة، وجادل هيلمهولتز بحفظ الطاقة الكوني، موحدًا الميكانيكا والحرارة وأشكال الطاقة الأخرى.
Key figures
- James Prescott Joule
- Julius Robert von Mayer
- Hermann von Helmholtz
Related topics
Seminal works
- joule1850
- callen1985
Frequently asked questions
- لماذا تُكتب الحرارة والشغل بتفاضلات غير تامة؟
- لأن الحرارة المتبادلة والشغل المنجز يعتمدان على المسار المتخذ بين حالتين، وليس فقط على نقطتي النهاية، بينما تعتمد الطاقة الداخلية فقط على الحالة؛ وتشير صيغة التفاضل غير التام إلى هذا الاعتماد على المسار.