Прв закон на термодинамиката

Првиот закон на термодинамиката го изразува односот помеѓу два вида енергија и обично е опишан преку механичкиот еквивалент на топлината. Овој закон претставува потврда на универзалниот закон за запазување на енергијата.

Мерна единица
Стара мерна единица за енергијата кај топлинските процеси е калоријата (cal.). Таа е воведена во раните проучувања на топлинските процеси и се дефинира како количество на енергија што треба да се пренесе на 1g вода за температурата на водата да се зголеми од 14,5 до 15,5 °C. Денес за кавнтитативното опишување на топлинските процеси се користи единицата за енергија од SI-системот џул (J). Топлината, работата и внатрешната енергија кај топлинските процеси се мерат во исти мерни единици-џули. Калоријата како единица за топлинска енергија е еквивалентна на определен број џулимеханичка енергија.
Во многу експерименти е покажано дека постојат загуби на механичката енергија (најчесто поради триење). Таа не исчезнува,туку се претвора во внатресна енергија на системот. Тоа можеме да го видиме на примерот со чекан кој удира на клинец поставен на парче дрво. При удирањето на чеканот неговата кинетичка енергија во текот на процесот се трансформира во работа извршена за забивање на клинецот во дрвото. Кога ќе престане удирањето со чеканот дел од неговата кинетичка енергија преминала на клинецот како внатрешна енергија што се гледа од факторот дека клинецот станал значително потопол. Односот меѓу вложената енергија (работа) и добиеното количество топлина се вика механички еквивалент на топлината.
Изразено како равенство:
Работа/топлина= механички еквивалент на топлина
А/H=J.
Во 1879 година познатиот американски физичар Хенри Роуленд користејќи изменета форма на Џуловата апаратура експериментално ја добил вредноста за тој однос.
Ј=4186 Ј/kcal.
Работата што треба да се изврши за подигање на тегот на висина h е еднаква со промената на потенцијалната енергија на тегот E=mgh.
Бидејќи треба да го подигне тегот n пати, вкупната работа што треба да се изврши ќе биде: A=nmgh.
Со примена на релацијата за механички еквивалент на топлина, се добива:
A=H J nmgh=H J n=HJ/mgh.
Човековото тело нема 100% ефикасност
Во реалност човечкото тело нема 100% ефикасност. Тоа значи дека целата енергија трансформирана во телото од појадокот не се претвора во работа за подигање на теговите. Дел од оваа енергија се користи за пумпање на крвта и за други функции во внатрешноста на телото. Внатрешната енергија зависи од состојбата на системот и за дадена состојба има точно определена вредност. Промената на внатрешната енергија ∆U е дадена со разликата од вредностите на внатрешната енергија на системот во крајната и почетната состојба: ∆U= U2- U1. Првиот закон за термодинамика може да се напише и вака:
Q= U2- U1 +A.
Тој покажува дека еден дел од топлината која се предава на гасот оди на зголемување на кинeтичката енергија на неговите молекули,а тоа значи се зголемува температурата на гасот,додека другиот дел се користи за вршење на надворешната работа. Првиот принцип на термодинамиката е применлив за сите системи и за сите заемни дејства меѓу нив. Тој важи за сите процеси во природата.

Категорија:Закони на термодинамиката
Категорија:Равенки во физиката