Eerste wet van de thermodynamica

De allereerste wet van de thermodynamica zegt dat energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd, maar wel kan worden veranderd. Deze wet vormt de basis van het principe van behoud van energie. Dit betekent dat alles wat energie gebruikt, energie verandert van de ene soort energie in de andere. Lichaamsbeweging bijvoorbeeld verandert energie van voedsel in kinetische (bewegings)energie. Energie kan niet worden gecreëerd en gaat nooit weg. Behalve de eeuwigdurende beweging, die een mysterie blijft. Energie verandert alleen van vorm. Mensen kunnen de veranderingen gebruiken om werk te verrichten dat nuttig is. Voorbeelden van vormen van energie in de klassieke mechanica zijn warmte, licht, kinetische (beweging) of potentiële energie. In de moderne natuurkunde gaat men er echter van uit dat er slechts twee soorten energie zijn - massa en kinetische energie, hoewel dit misschien niet nuttig is voor wie niet vertrouwd is met de meer complexe natuurkunde.

De wet houdt in dat de totale energie van het heelal een constante is. Energie kan echter van het ene deel van het heelal naar het andere worden overgebracht.

De meest gebruikte formulering van de eerste wet van thermodynamica door wetenschappers is:

Geschiedenis

James Prescott Joule was de eerste die door experimenten ontdekte dat warmte en arbeid converteerbaar zijn.

De eerste expliciete verklaring van de eerste wet van de thermodynamica werd gegeven door Rudolf Clausius in 1850: "Er is een toestandsfunctie E, 'energie' genoemd, waarvan het differentieel gelijk is aan de arbeid die tijdens een adiabatisch proces met de omgeving wordt uitgewisseld."

Thermodynamica en techniek

In de thermodynamica en de ingenieurswetenschappen is het vanzelfsprekend het systeem te beschouwen als een warmtemotor die arbeid verricht op de omgeving, en te stellen dat de totale door verwarming toegevoegde energie gelijk is aan de som van de toename van de inwendige energie plus de door het systeem verrichte arbeid. Daarom {\displaystyle \delta W}δ W de hoeveelheid energie die door het systeem verloren gaat door de arbeid die het systeem aan de omgeving verricht. Tijdens het deel van de thermodynamischecyclus waar de motor arbeid verricht is δ W {Displaystyle \delta W}{\displaystyle \delta W} positief, maar er zal altijd een deel van de cyclus zijn waar δ W {Displaystyle \delta W} {\displaystyle \delta W}negatief is, b.v. wanneer het werkgas wordt samengeperst. Als δ W {delta W}{\displaystyle \delta W} de door het systeem verrichte arbeid voorstelt, wordt de eerste wet geschreven:

d U = δ Q - δ W {d} U= Q- W} {\displaystyle \mathrm {d} U=\delta Q-\delta W\,}

Men is het er niet over eens of energie een positief of een negatief getal is. Dus δ Q {\displaystyle \delta Q}is de warmtestroom uit het systeem, en δ W {\displaystyle \delta W}is de arbeid in het systeem:

d U = - δ Q + δ W {d} U=- δ Q+ δ W} {\displaystyle \mathrm {d} U=-\delta Q+\delta W\,}

Wegens deze dubbelzinnigheid is het van groot belang in elke discussie over de eerste wet uitdrukkelijk vast te stellen welke tekenconventie wordt gebruikt.

dU = de verandering in inwendige energie

Q = warmte

W = werk

Verwante pagina's


AlegsaOnline.com - 2020 / 2021 - License CC3