I.12. Principiul întâi al termodinamicii. Consecințe ale principiul întâi al termodinamicii
Experimental s-a constatat că lucrul mecanic și căldura sunt singurele forme de transfer de energie între un sistem termodinamic și mediul exterior.
Principiul întâi al termodinamicii ne arată cum variază energia internă a unui sistem ce interacționează mecanic sau termic cu mediul exterior și reprezintă expresia matematică a conservării și transformării energiei.
Enunțul principiul întâi al termodinamicii:
Variația energiei interne a unui sistem într-un proces oarecare este:
ΔU = Q - L
Consecințe ale principiul întâi al termodinamicii:
- Dacă sistemul este izolat (nu schimbă nici căldură și nici lucru mecanic cu exteriorul), atunci
Q = L = 0, ΔU = U2 – U1 = 0 și U1 = U2, adică energia internă a unui sistem izolat se conservă.
- Ecuația principiul întâi al termodinamicii mai poate fi scrisă și sub forma definiției căldurii:
Q = ΔU + L, adică, căldura primită de un sistem servește atât la variația energiei interne a sistemului, cât și la efectuarea de lucru mecanic de către sistem.
- Dacă sistemul este izolat adiabatic (nu schimbă căldură cu exteriorul), atunci
Q = 0 și L = –ΔU = –(U2 – U1), adică un sistem izolat adiabatic schimbă lucru mecanic cu exteriorul numai pe seama variației energiei interne.
- Dacă sistemul nu schimbă lucru mecanic cu exteriorul (L= 0), ci numai căldură atunci
ΔU = Q, adică, căldura primită de sistem duce la creșterea energiei interne a sistemului.
- Într-o transformare ciclică, ΔU = U2 – U1 = 0 și L = Q, adică sistemul poate efectua lucru mecanic numai dacă el primește căldură din exterior.
De aici rezultă și imposibilitatea existenței unui perpetuum mobile de speța întâi (dispozitiv care să producă lucru mecanic fără să consume energie din exterior).