Termodynamikkens første hovedsetning

Termodynamikkens første hovedsetning eller lov sier at energi kan aldri oppstå eller tilintetgjøres, men kun kan gå over i andre former. Denne fundamentale naturloven omtales også som energiprinsippet eller loven om energiens bevarelse. Energimengden i et isolert system er konstant. Prinsippet ble etablert på midten av 1800-tallet og først klart formulert av de tyske fysikerne Hermann von Helmholtz og Rudolf Clausius.

Loven handler om energi som kan opptre på forskjellige måter. Energi i et system kan utveksles med omgivelsene i form av arbeid W eller varme Q. Dermed forandres systemets indre energi U. Energiloven sier at ved å tilføre systemet en liten varmemengde ΔQ, vil denne være lik summen av forandringen ΔU av den indre energien og det lille arbeidet ΔW som systemet samtidig utfører. Den tilførte energien i form av varme forsvinner ikke, men går bare over i andre former. Matematisk skrives dette som

 

Termodynamikkens andre hovedsetning sier at den tilførte varmen vil gi en forandring ΔS ≥ ΔQ /T i systemets entropi S når systemet har absolutt temperatur T. Det utførte arbeidet ΔW  kan være mekanisk, kjemisk eller av elektromagnetisk natur.

Forklaring og eksempel 

I dagligtale kan det sies at «energi forsvinner» eller «blir borte», men energi kan aldri bli borte ifølge termodynamikkens 1. hovedsetning. Det som skjer er at energien blir spredd utover, entropien øker.

Når for eksempel en pil suser av gårde gjennom luften på vei mot en blink, kan vi si at den inneholder energi i kraft av sin bevegelse (se: bevegelsesenergi). Når pilen så treffer blinken, går denne bevegelsesenergien over i vibrasjoner i blinken (og i pilen). Disse vibrasjonene forplanter seg videre utover, og når de er blitt små nok, kaller vi dem for varme. Varme er en energiform, men den er den energiformen som i minst grad kan utnyttes til nyttig arbeid. Det er heller ikke mye vi merker til varmen som frambringes av vibrasjonene fra blinken i form av temperaturøkning. (Temperaturen i blinken og omgivelsene øker med kanskje 0,0001°C.) Energien som pilen hadde da den beveget seg gjennom luften, har altså ikke blitt borte. Den er omdannet til varme.

Omvendt kunne vi tenke oss at denne lille oppvarmingen av blinken kunne samle seg og omdannes til mekanisk energi som ville slynge pilen tilbake mot bueskytteren. Dette er fullt mulig ifølge 1. hovedsetning. At det ikke skjer i virkeligheten, skyldes termodynamikkens 2. hovedsetning.

Se også
Termodynamikk
Termodynamikkens andre hovedsetning

Termodynamikk

de:Thermodynamik#Erster Hauptsatz