De eerste wet van de thermodynamica, ook wel eerste hoofdwet genoemd, stelt dat energie niet verloren kan gaan of uit het niets kan ontstaan. De wet staat algemeen bekend als de "wet van behoud van energie".
De eerste wet van de thermodynamica stelt dat energie niet gecreëerd of vernietigd kan worden, maar alleen van vorm kan veranderen .
De wet van behoud van energie bestaat uit twee delen: Energie kan van de ene vorm omgezet worden in de andere, maar verdwijnt nooit zomaar. Er zijn namelijk verschillende energievormen. De totale energie in een gesloten systeem verandert nooit!
De eerste wet van de thermodynamica stelt dat de netto warmte-energie die aan het systeem wordt geleverd, gelijk is aan de som van de verandering in de interne energie van het systeem en de arbeid die door het systeem wordt verricht .
De eerste wet van de thermodynamica luidt als volgt: ΔU=Q−W , waarbij ΔU de verandering in de interne energie van een systeem is, Q de netto warmteoverdracht (de som van alle warmteoverdracht in en uit het systeem) en W de netto verrichte arbeid (de som van alle arbeid die aan of door het systeem wordt verricht).
Q vertegenwoordigt de netto warmteoverdracht — het is de som van alle warmteoverdrachten in en uit het systeem. Q is positief voor netto warmteoverdracht in het systeem. W is het totale werk dat op en door het systeem wordt verricht. W is positief wanneer er meer werk door het systeem wordt verricht dan eraan.
De beperking van de eerste wet van de thermodynamica is dat het niets zegt over de richting van de warmtestroom . Het zegt niets over of het proces een spontaan proces is of niet. Het omgekeerde proces is niet mogelijk. In de praktijk wordt de warmte niet volledig omgezet in arbeid.
Warmtemotor :-
De warmtemotor is het meest voorkomende en praktische voorbeeld van de eerste wet van de thermodynamica. Dus wat is een warmtemotor? Een warmtemotor is een apparaat dat thermische energie omzet in mechanische energie en vice versa. Een warmtemotor bestaat uit een cilinder-zuigeropstelling met werkvloeistof.
Thermodynamica (Oudgrieks thermos (θερμός), warm, en dunamis (δύναμις), kracht), of warmteleer is het onderdeel van de natuurkunde dat de interacties bestudeert tussen grote verzamelingen van deeltjes op een macroscopisch niveau.
Aangenomen werd dat bij toename van de beschikbare hoeveelheid van een goed het totale nut voor het betrokken individu toe- neemt, maar het grensnut daalt. Dit was de z.g. eerste wet van Gossen.
Ook de zon is een open systeem: die straalt energie uit en verliest veel deeltjes via de zonnewind. Wie een open systeem bestudeert, moet dus rekening houden met de invloeden van de omgeving – zowel de warmte-uitwisseling als het transport van stoffen.
De wet vertelt dat de totale massa van de moleculen die worden gebruikt om een reactie tot stand te laten komen (reagentia), hetzelfde is als de totale massa van de moleculen die door de reactie worden gevormd (reactieproducten).
De vergelijking van de eerste wet van de thermodynamica die de wet van behoud van energie vaststelt, is E = ΔU + W , waarbij E de totale energie is, ΔU de verandering in interne energie en W de arbeid die op of door het systeem wordt verricht.
De eerste expliciete formulering van de eerste wet van de thermodynamica, door Rudolf Clausius in 1850, verwees naar cyclische thermodynamische processen en naar het bestaan van een functie van de toestand van het systeem, de interne energie.
Belangrijkste punten. Volgens de eerste wet van de thermodynamica is de totale hoeveelheid energie in het universum constant . Energie kan van plaats naar plaats worden overgebracht of in verschillende vormen worden omgezet, maar kan niet worden gecreëerd of vernietigd.
Entropie is een begrip uit de thermodynamica.
Als de entropie van een systeem hoog is, betekent dit, dat de deeltjes en de energie heel erg willekeurig verdeeld zijn. Als de entropie laag is, betekent dit juist dat er een heel erg georganiseerde verdeling is van energie en deeltjes.
Wat is thermodynamica? Thermodynamica is de studie van de relaties tussen warmte, werk, temperatuur en energie . De wetten van thermodynamica beschrijven hoe de energie in een systeem verandert en of het systeem nuttig werk kan verrichten op zijn omgeving.
Een thermodynamisch evenwicht is een toestand waarin een thermodynamisch systeem zowel een thermisch als een mechanisch evenwicht en een evenwichtsreactie bezit.
Conclusie: - De enige optie die onder het begrip thermodynamica valt, is het voorspellen van de haalbaarheid van chemische verandering .
Met het voorbeeld van het verbranden van hout , wordt de energie die we zien in de vorm van vuur niet uit het niets gecreëerd, maar komt het voort uit de energie die in het hout is opgeslagen. Op dezelfde manier wordt het hout niet vernietigd, maar wordt het omgezet in as en roet.
Adiabatische en isotherme processen
Bij een adiabatische verandering is q = 0, dus de eerste wet wordt ΔU = 0 + w . Aangezien de temperatuur van het gas verandert met zijn interne energie, volgt hieruit dat adiabatische compressie van een gas ervoor zorgt dat het opwarmt, terwijl adiabatische expansie zal resulteren in afkoeling.
Wanneer een koelkast wordt losgekoppeld, keert alles erin na enige tijd terug naar kamertemperatuur . Nadat een bal van de heuvel is gevallen, is de kinetische energie plus warmte-energie gelijk aan de initiële potentiële energie.
Een apparaat dat de Eerste wet van de thermodynamica schendt (door energie te creëren) wordt een Perpetual Motion Machine van de eerste soort genoemd. Een apparaat dat de Tweede wet van de thermodynamica schendt, wordt een Perpetual Motion Machine van de Tweede soort genoemd. Het eerste apparaat levert continu energie zonder deze te ontvangen.
Beperkingen: De Zeroth Law biedt geen methode om temperatuur te meten; het stelt alleen het concept van thermisch evenwicht vast . Het veronderstelt ook dat de betrokken systemen in thermisch evenwicht zijn, wat in praktische situaties niet altijd het geval hoeft te zijn.
Antw: De eerste wet stelt de relatie vast tussen verricht werk en warmte die wordt geabsorbeerd tijdens het uitvoeren van dat werk. Het specificeert echter niet de richting van de warmtestroom , wat een belangrijke beperking van deze wet is. Voorbeeld: we kunnen geen warmte uit een ijsblokje halen door het af te koelen tot lage temperaturen.