Pierwsza zasada termodynamiki dla przeciętnego człowieka.

Cała działalność człowieka opiera się na zużyciu energii. Bez energii trudno sobie wyobrazić aktywność organizmu, funkcjonowanie wszystkich dóbr dla ludzi. Jest ważne zarówno wewnątrz osoby, jak i dla jej zewnętrznego istnienia. Różne gałęzie przemysłu nie mogą działać samodzielnie, ponieważ wymagają energii. Transport towarów, ogrzewanie przestrzeni, synteza nowych substancji w komórkach organizmu - wszystko to wynika z umiejętności wykonywania pracy.

Miejsce energii w termodynamice

Aby określić miejsce energii w tej gałęzi nauki, należy dowiedzieć się, co dokładnie oznacza termin "termodynamika". Jest to dziedzina fizyki, w której analizowane są procesy konwersji energii. Wszyscy wiedzą, że energia jest prezentowana w kilku formach: może być chemiczna, elektryczna, termiczna, mechaniczna i lekka. Ta gałąź nauki ma nawet własne prawa i zasady, na przykład pierwszą zasadę termodynamiki, a także kilka innych. Na tej podstawie można powiedzieć, że ten obszar wiedzy nie istniałby, gdyby właściwości wyżej opisanej wielkości fizycznej nie były znane.

Jak przebiega przemiana energii?

Wiele osób nie rozumie faktu transferu energii z jednego stanu do drugiego. Ale my w życiu codziennym tak często używamy przemijającej energii, że nie dajemy już wyjaśnienia skąd ona pochodzi. Na przykład, kiedy codziennie wsiadamy do samochodu, nie myślimy, że w momencie jazdy energia chemiczna przechodzi w energię elektryczną. W silniku elektrycznym początkowa energia elektryczna zamieniana jest na energię mechaniczną, aw turbinie parowej ciepło przekształcane jest w mechaniczną ilość fizyczną. Przy tym wszystkim istnieją pewne ilościowe proporcje różnych form energii. Ale podczas transformacji zachodzą procesy z pewnymi stratami ilościowymi: zużycie użytecznej energii jest zawsze wyższe niż jej produkcja. Zjawisko to można łatwo wyjaśnić: transformacja nie może obyć się bez tarcia, podczas którego część energii staje się ciepła i rozprasza w przestrzeni. Okazuje się, że tej części nie można już używać jako użytecznej ilości. Zatem każda konwersja nie jest bezstratna.

Pierwsza zasada termodynamiki

Studiując proces konwersji energii, naukowcy odkryli dwa podstawowe prawa. Ten artykuł będzie poświęcony pierwszemu z nich. To prawo termodynamiki mówi: dla każdej zmiany - chemicznej lub fizycznej - ilość energii pozostaje stała. W inny sposób jest również nazywany prawo zachowania energii. Z tej definicji wynika, że ​​energia nie pojawia się nagle i po prostu nie znika. Jeżeli w procesie jakiejkolwiek działalności przechodzi w różne formy, od jednego do drugiego, to jego całkowita liczba nie ulega zmianie. Innymi słowy, energia nie jest tworzona ani niszczona, co odzwierciedla pierwszą zasadę termodynamiki. Definicja w różnych źródłach może się różnić, ale esencja pozostaje taka sama.

Historia odkrycia tego prawa

Zaczyna swoje prawo od połowy XIX wieku. Niemiecki lekarz Mayer, obserwując, jak zmienia się kolor ludzkiej krwi w tropikach, pomyślał o związku między takimi fizycznymi koncepcjami, jak ciepło i energia. Z kolei słynny naukowiec Joule zwrócił uwagę na rozwój Meiera, coś dodanego z jego strony. Wszystkie dane na temat tej ustawy zostały zjednoczone przez innego niemieckiego lekarza, Helmholtza, kiedy studiował fizyczne podstawy narządów percepcyjnych - ludzkie słyszenie i widzenie. To on tak sformułował prawo, że cały świat zna je dzisiaj.

Rodzaje wymiany energii

Ciepło, które pojawia się, gdy jeden rodzaj energii jest przenoszony na inny, wpływa na zmianę energii wewnętrznej obiektu. Kiedy się zmienia, pojawia się opór wobec działania sił zewnętrznych, które wpływają na ten obiekt. Energia wewnętrzna może być kinetyczna (jest to ruch atomów obiektu), potencjał (jest przechowywany w wiązaniach chemicznych między atomami), energia grawitacyjna całego układu (tj. Wpływ na obiekt siły grawitacyjne które manifestują się wewnątrz). Na podstawie tych gatunków naukowcy zidentyfikowali pewne rodzaje wymiany energii.

• Pierwszy z nich jest powszechnie rozumiany jako systemy preizolowane - nie ma wymiany energii i innych elementów danego systemu.
• Drugi typ to systemy zamknięte, charakteryzujące się brakiem wymiany elementów systemu, ale w niewielkim stopniu wymieniana jest energia.
• Systemy otwarte (trzeci rodzaj wymiany) charakteryzują się wymianą i energią oraz ich elementami.

Pojęcie energia wewnętrzna w termodynamice

Energia wewnętrzna obiektu lub układu w termodynamice odgrywa niemal kluczową rolę. W rzeczywistości jest to złożone połączenie kilku strumieni aktywności cząsteczek i atomów. Składa się z takich gatunków jak energia rotacyjna i ruch do przodu cząsteczki, energia ruchów atomów i grup atomów, która znajduje się wewnątrz cząsteczek i jest emitowana, gdy te cząsteczki drgają. Energia jądrowa atomów i energia interakcji między cząsteczkami są również związane z energią wewnętrzną obiektu. U _NR zależy od początkowego stanu obiektu i końcowych wskaźników jego stanu. Ta energia jest ciągła, jako pierwsza zasada termodynamiki. Można go łatwo obliczyć za pomocą następującego wzoru: ciepło dodane do systemu, minus praca wykonana przez ten system. Tutaj nie mówimy o naturze procesu zmiany energii wewnętrznej, nawet o ostatecznym stanie równowagi, ponieważ to już determinuje druga zasada termodynamiki.

Relacja ciepła i energii wewnętrznej

Pojęcia te są bardzo blisko związane. Zakłada się, że ciepło jest częścią wewnętrznej energii systemu. Zrozumiemy, co to jest ciepło. Sam podmiot nie ma takich w zwykłym znaczeniu tego słowa. Można powiedzieć, że ciepło jest energią, która przechodzi z obiektu o wysokiej temperaturze do obiektu o temperaturze niższej niż temperatura pierwszego.

Innymi słowy, jest to część wewnętrznej energii obiektu, która jest z niego przenoszona, ponieważ ma wyższe wskaźniki temperatury. Takie przeniesienie w fizyce i chemii nazywa się ogrzewaniem.

Pierwsza zasada termodynamiki, chemii

Prawo to ma fundamentalne znaczenie nie tylko dla fizycznych eksperymentów, badania zjawisk i odkrywania nowych procesów, ale także dla innej nauki - chemii - i powiązanych z nią branż. Studiując istnienie i przekazywanie energii w różne formy z punktu widzenia reakcji chemicznych ciała lub przedmiotu, otwiera się horyzont interesujących badań i wzorców w płaszczyźnie bioenergetycznej.

Wielu może czuć, że pierwsza zasada termodynamiki jest odległa od życia zwykłej osoby, że cząsteczki i atomy są przedmiotem zrozumienia tylko przez niewielką liczbę oddanych ludzi. Ale to daleko od sprawy. Podstawą życia każdego żywego organizmu jest metabolizm, który nie może wystąpić bez transformacji energii. Dlatego chemiczne procesy konwersji energii w ciele ludzkim są szczególnie interesujące nie tylko dla fizyków, ale także dla dietetyków i instruktorów sportowych. W końcu, znając wszystkie cechy tego procesu, możesz z powodzeniem pomóc ludziom pozbyć się zbędnych kilogramów, a także dbać o siebie za pomocą prawidłowo skomponowanego menu składającego się ze zdrowej żywności.