Định luật thứ nhất và Bảo toàn năng lượng

Định luật nhiệt động lực học thứ nhất mở rộng nguyên lý bảo toàn năng lượng cho các quá trình nhiệt, xác định nhiệt và công là những cách có thể hoán đổi cho nhau để thay đổi nội năng của một hệ.

Definition

Định luật nhiệt động lực học thứ nhất phát biểu rằng sự thay đổi nội năng của một hệ bằng nhiệt lượng thêm vào hệ trừ đi công do hệ thực hiện, thể hiện sự bảo toàn năng lượng khi nhiệt được coi là một dạng truyền năng lượng.

Scope

Chủ đề này bao gồm phát biểu của định luật thứ nhất, nội năng như một hàm trạng thái, sự phụ thuộc vào đường đi của nhiệt và công, các vi phân toàn phần và không toàn phần, và công thức dU = dQ - dW. Các ứng dụng đối với entanpi, nhiệt dung, và phân tích các quá trình nhiệt động lực học như đẳng nhiệt, đoạn nhiệt và đẳng tích cũng được đề cập.

Core questions

• Tại sao nội năng là một hàm trạng thái trong khi nhiệt và công thì không?
• Đương lượng cơ học của nhiệt đã thiết lập sự bảo toàn năng lượng trong các lĩnh vực nhiệt và cơ học như thế nào?
• Nhiệt và công kết hợp với nhau như thế nào để xác định sự thay đổi năng lượng dọc theo các đường quá trình khác nhau?
• Điều gì phân biệt entanpi với nội năng và khi nào thì mỗi đại lượng này được sử dụng một cách tự nhiên?

Key concepts

• Nội năng như một hàm trạng thái
• Nhiệt và công như các quá trình truyền phụ thuộc vào đường đi
• Vi phân toàn phần và không toàn phần
• Entanpi và nhiệt dung
• Các quá trình đoạn nhiệt, đẳng nhiệt và đẳng tích

Clinical relevance

Định luật thứ nhất là nền tảng cho việc tính toán năng lượng trong động cơ, nhiệt lượng kế, entanpi phản ứng hóa học và cân bằng năng lượng trao đổi chất, cung cấp nguyên tắc hạch toán cho mọi quá trình trao đổi nhiệt và công.

History

Định luật thứ nhất được hình thành vào những năm 1840 khi Mayer và Joule độc lập thiết lập đương lượng cơ học của nhiệt và Helmholtz lập luận về sự bảo toàn năng lượng phổ quát, thống nhất cơ học, nhiệt và các dạng năng lượng khác.

Key figures

• James Prescott Joule
• Julius Robert von Mayer
• Hermann von Helmholtz

Seminal works

• joule1850
• callen1985

Frequently asked questions

Tại sao nhiệt và công được viết bằng vi phân không toàn phần?

Bởi vì nhiệt trao đổi và công thực hiện phụ thuộc vào đường đi giữa hai trạng thái, chứ không chỉ các điểm cuối, trong khi nội năng chỉ phụ thuộc vào trạng thái; ký hiệu vi phân không toàn phần đánh dấu sự phụ thuộc vào đường đi này.