FörberedandeFysik

Termodynamikens första huvudsats

Det centrala begreppet inom den första huvudsatsen är energi. Den grundläggande principen är att energi kan varken skapas eller förstöras utan endast omvandlas från en form till en annan. Man insåg detta först i början av 1800-talet då man kom över en tröskel och insåg att värme är energi precis som kinetisk energi (rörelseenergi) och arbete. Man kan påstå att energiprincipen höjdes från att vara en lag enbart inom dynamiken och mekaniken till att bli den generella princip som vi kallar termodynamikens första huvudsats.

Ett system är det tydligt avgränsade objekt som studeras och analyseras. Systemet kan vara en hel bilmotor eller en människas hela kropp. Det kan också vara en liten mängd av den luft som förs genom bilmotorn eller en liten mängd av den luft som en människa andas in och ut. Ett mycket aktuellt exempel på ett system är jorden med dess atmosfär.

Summan av all energi in, minus all energi ut, lagras upp i systemet. I många typer av system som t.ex. motorer lagras inte energi inom systemet utan all energi som går in i systemet, måste komma ut på något sätt. Det verkar som denna balans är rubbad i systemet jorden med dess atmosfär just nu.

Titta på energiflödena in i och ut ur huset i bilden nedan. Hur mycket värme går ut årligen genom väggarna per år? Den upplagrade värmen i byggnaden kan försummas på ett år.

All den energi som går in i huset måste komma ut igen, så:

12000 kWh + \displaystyle X + 4000 kWh = 15000 kWh + 15000 kWh

och

\displaystyle X = 14000 kWh

Den andra huvudsatsen visar att det finns väsentliga skillnader mellan mekanisk energi som arbete och termisk energi som värme. Som ett generellt matematiskt uttryck för den första huvudsatsen brukar vi skriva:

\displaystyle \Delta E=Q-W

där E är systemets (totala) energi. W är arbete utfört av det system som studeras, till exempel det arbete som utförs av en motor. W utgör överföring av energi från systemet till något annat. Q är värme överfört till det system som studeras. Det motsvarar förbränningen av bränslet i en motor.

Se 'arbete inom termodynamik'.

Jämför 'notation för energi och värme'.

Läs om motorer och verkningsgrader

eller om kylmaskiner och värmepumpar