القانون الأول للديناميكا الحرارية
مُقدَّم| English | المعنى |
|---|---|
| first law of thermodynamics/fɜːst lɔː ɒv ˌθɜːməʊdaɪˈnæmɪks/ | القانون الأول للديناميكا الحرارية |
| internal energy/ɪnˈtɜːnl ˈenədʒi/ | الطاقة الداخلية |
الغاز لا يستطيع صنع الطاقة من العدم
- سخن غازاً في اسطوانة ويمكنه دفع مكبس، مما يقوم بعمل مفيد.
- لكنه لا يستطيع إطلاق طاقة أكثر مما يستقبل — لا أكثر.
- الطاقة محفوظة، حتى لجسيمات الغاز المهتزة.
- محاسبة هذه الطاقة تُعرف بـ القانون الأول للديناميكا الحرارية.
القانون الأول
- الطاقة الداخلية $U$ للغاز هي مجموع الطاقات الحركية لجسيماته.
- القانون الأول: $\Delta U = Q - W$.
- $Q$ هو الحرارة المضافة إلى الغاز؛ $W$ هو الشغل المبذول من قبل الغاز.
- إنه ببساطة حفظ الطاقة مطبقاً على الغاز.
الحرارة، الشغل، والطاقة الداخلية
دع الغاز يتمدد ضد مكبس وانظر إلى خروج الطاقة كشغل بينما تتدفق الحرارة الداخل.
يمتص غاز $500\ \text{J}$ من الحرارة وينجز $200\ \text{J}$ من الشغل. ما هو التغير في طاقته الداخلية، بالجول؟
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$\Delta U = Q - W = 500 - 200 = 300\ \text{J}$.
القانون الأول للديناميكا الحرارية هو في الواقع عبارة عن:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$\Delta U = Q - W$ هو تطبيق حفظ الطاقة على الغاز.
أين تذهب الطاقة
- أضف حرارة ولا تبذل شغلاً: كل منها يرفع الطاقة الداخلية ($\Delta U = Q$).
- دع الغاز يتمدد ويدفع مكبساً: جزء من الطاقة يخرج كـ شغل، لذا يرتفع $U$ بشكل أقل.
- اضغط على الغاز (شغل مبذول عليه): ترتفع طاقته الداخلية.
- الغاز مجرد حساب للطاقة: حرارة داخلة، شغل خارجي، وما يتبقى هو $\Delta U$.
يمتص غاز $400\ \text{J}$ من الحرارة لكن لا ينجز شغلاً (وعاء صلب). ما هو $\Delta U$، بالجول؟
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
مع $W = 0$، $\Delta U = Q = 400\ \text{J}$ — كل الحرارة ترفع الطاقة الداخلية.
الطاقة الداخلية ودرجة الحرارة
- للغاز المثالي، تعتمد الطاقة الداخلية فقط على درجة الحرارة.
- طاقة داخلية أكبر تعني جسيمات أسرع، وبالتالي درجة حرارة أعلى.
- لذا فإن ارتفاع $\Delta U > 0$ يعني أن الغاز ساخن؛ وانخفاض $\Delta U < 0$ يعني أنه برّد.
- التسخين دون السماح بالتمدد هو أسرع طريقة لرفع درجة حرارته.
بالنسبة للغاز المثالي، تعتمد الطاقة الداخلية فقط على ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
الطاقة الداخلية هي طاقة الحركة للجسيمات، وتتبع درجة الحرارة.
قيمة موجبة لـ $\Delta U$ للغاز المثالي تعني أن الغاز أصبح أكثر سخونة.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
زيادة الطاقة الداخلية تعني جسيمات أسرع ودرجة حرارة أعلى.
راقب الإشارات. $W$ في $\Delta U = Q - W$ هو الشغل المبذول بواسطة الغاز (موجب عندما يتمدد). الحرارة المضافة موجبة $Q$؛ والحرارة المزالة سالبة. الخلط بين "الشغل بواسطة" و"الشغل على" الغاز هو الخطأ الكلاسيكي في القانون الأول.
في $\Delta U = Q - W$، حدد جميع العبارات الصحيحة حول الإشارات.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$Q$ هي الحرارة المضافة، $W$ هو الشغل الذي يقوم به الغاز (موجب عند التمدد)؛ الضغط يبذل شغلاً على الغاز، مما يرفع $U$.
يمتص الغاز $500\ \text{J}$ من الحرارة ويبذل $200\ \text{J}$ من الشغل لدفع مكبس للخارج.
- $\Delta U = Q - W = 500 - 200 = 300\ \text{J}$.
ترتفع الطاقة الداخلية بمقدار $300\ \text{J}$، لذا ينتهي الغاز بحالة أكثر سخونة.
القانون الأول للديناميكا الحرارية هو حفظ الطاقة للغاز: $\Delta U = Q - W$، حيث $Q$ هي الحرارة المضافة و$W$ هو الشغل المبذول بواسطة الغاز. للغاز المثالي، تعتمد الطاقة الداخلية فقط على درجة الحرارة، لذا فإن ارتفاع $\Delta U > 0$ يعني أنه سخن.