Внутренняя энергия в первом законе термодинамики

При анализе закрытых или открытых систем, как мы можем быть уверены, что внутренняя энергия изменилась или равна нулю?

Я знаю, что внутренняя энергия - это сумма всей энергии в системе, я просто запутался в распознавании случаев, когда внутренняя энергия изменяется или когда она не изменяется.

Поскольку в уравнении для замкнутых систем Вопрос − Вт "=" Δ U , подразумевается, что любой вход или выход работы или внутренней энергии тепла изменяется, но есть некоторые случаи, когда изменение внутренней энергии равно нулю. Как это возможно? Значит ли это, что работа равна переданной теплоте в этой ситуации? Применимо ли это также к открытым системам?

Одной из мер изменения внутренней энергии является изменение температуры.
Значит, при изотермическом процессе может случиться так, что внутренняя энергия не изменится?
Да. В изотермическом процессе Δ U "=" 0 . Однако это относится только к идеальным газам ! Если у вас есть неидеальные вещества, в которых, например, происходят фазовые переходы или химические/структурные внутренние изменения, тогда внутренняя энергия может использоваться/поглощаться для других целей, а не для повышения температуры. Но для идеальных газов температура тесно связана с внутренней энергией — изменение одного означает каждый раз изменение другого.
Учитывая, что постоянная температура означает отсутствие изменения внутренней энергии, будет ли это также применимо к адиабатическим процессам, в которых нет теплопередачи, тогда температура также будет постоянной? Может ли вода быть примером неидеальных веществ, о которых вы говорите?
Изотермический означает постоянную температуру. Адиабатический нет. В адиабатических процессах температура может легко (на самом деле так и бывает всегда) изменяться. Не приравнивайте теплопередачу к температуре. Теплота является лишь одним из видов передачи энергии.
Он называется «идеальным газом», потому что это могут быть только газы. Одним из требований к идеальному газу является то, что частицы не взаимодействуют друг с другом. Это приблизительно верно для многих газов, но совсем не для жидкостей и твердых тел.

Ответы (2)

Ответ действительно зависит от наблюдаемой системы. Случай, указанный в вашем вопросе, в котором изменение внутренней энергии равно нулю, даже когда некоторая работа была совершена системой (или над ней), безусловно, возможен, если система не термически изолирована (или просто изолирована). Система не должна быть термически изолирована, потому что некоторая тепловая энергия должна передаваться между окружающей средой и системой, если мы хотим, чтобы внутренняя энергия оставалась постоянной после наблюдения некоторого изменения объема системы.

Из первого закона термодинамики,

Δ U "=" Вопрос − Вт с у с т е м (1)

Если Δ U "=" 0 затем,

Вт с у с т е м "=" Вопрос (2)

Уравнение ( 2 ) подразумевает, что если в замкнутой (неизолированной) системе система расширяется, то в систему поступает некоторое количество тепла из окружающей среды для восполнения внутренней энергии, потерянной, когда система совершала некоторую работу против внешнего давления.

Из того же уравнения также следует, что если из-за какого-либо внешнего агента система сжимается, то из системы выделяется некоторое количество тепла, чтобы освободить систему от внутренней энергии, которую она приобрела, когда внешний агент совершил какую-либо работу над системой.

Проще говоря, внутренняя энергия системы увеличивается, когда над системой совершается работа или в систему поступает тепло, и уменьшается, когда система совершает работу или тепло выходит из системы.

Если внутренняя энергия должна оставаться постоянной, эти два фактора должны действовать противоположно. Либо один должен увеличивать внутреннюю энергию, а другой уменьшать ее.

В открытых системах нет границы между системой и окружающей средой. Материя становится обменной. В этом случае у системы не будет границ для выполнения работы. Окружение становится системой. Для открытой системы условия, Вопрос и Вт , не имеют значения.

Думаю, я понимаю, что вы говорите о закрытой системе, но ваше заявление об открытой системе меня немного смутило. Означает ли это, что в открытых системах не будет признаков механической работы, а будет только работа, исходящая от таких машин, как генераторы, турбины или компрессоры? А насчет Q, почему это не имеет значения? Я читал о некоторых задачах, в которых происходит теплообмен в открытой системе.
В открытых системах, где, скажем, кипит вода, энергия затрачивается на разрыв связей взаимодействия между молекулами воды. Но поскольку мы говорим об идеальных случаях, когда внутренняя энергия является функцией температуры, мы рассматриваем только закрытые системы для случая, который вы упомянули в своем вопросе. В открытой системе, в которой граница отсутствует, нельзя найти работу, совершенную системой, потому что объем газа, находившегося внутри системы, теперь стал бесконечным.
О, так вот почему. Я никогда не думал о границах системы таким образом, спасибо.
Границей может быть все, что отделяет наблюдаемую систему от ее окружения, так что между ними нет обмена веществом, но все еще может передаваться тепло, и такие системы называются закрытыми системами. Есть некоторые системы, в которых даже передача тепла ограничена. Такие системы называются изолированными системами. Счастливого обучения, желаю вам удачи в изучении термодинамики.
В открытой системе, безусловно, может существовать граница между системой и окружением. Материя обычно входит или выходит только через небольшую часть границы. Через оставшуюся часть границы может проникать тепло и совершаться работа.

Замкнутая система — это система, в которой никакая масса не входит и не выходит из системы через ее границу с окружающей средой, но на границе может совершаться работа, а тепло может проникать через части границы. Открытая система — это система, в которой работа может совершаться на границе, а тепло и масса могут обмениваться с окружающей средой через части границы системы.

Ваше уравнение для первого закона термодинамики для замкнутой системы действительно говорит о том, что внутренняя энергия может измениться только в том случае, если работа, совершаемая системой над ее окружением, не равна теплу, поступающему в систему через часть ее границы.

Версия открытой системы (контрольный объем) первого закона термодинамики является расширением версии закрытой системы. Он учитывает внутреннюю энергию, поступающую в систему через входной и выходной потоки, и разделяет работу, совершаемую системой над ее окружением, на две отдельные части: (а) работа, совершаемая для того, чтобы заставить массу войти или выйти из системы через часть его границы и (b) всякая другая работа, не связанная с нагнетанием массы в систему или из нее; последнее обычно называют «работой вала». В некоторых случаях версия первого закона для открытой системы записывается как зависящее от времени (переходное) уравнение, включающее скорость изменения внутренней энергии, скорость поступления массы в систему и выхода из нее, а также скорость выполнения работы. сделано, и тепло поступает через участки границы системы.

Внутренняя энергия в первом законе термодинамики
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v