Pierwsza zasada termodynamiki — ΔU = Q + W
Co zrobimy: Będziemy dostarczać ciepło gazowi w cylindrze w różnych przemianach i sprawdzać, jak dzieli się ono między wzrost temperatury a pracę rozprężania.
Co widzisz na ekranie: Cylinder z ruchomym tłokiem i grzałką, przełącznik przemiany (izochoryczna, izobaryczna, izotermiczna, adiabatyczna) i suwak ciepła. Trzy słupki — ciepło, praca i zmiana energii wewnętrznej — zawsze spina bilans ΔU = Q + W. Odczyty: przemiana, Q, W, ΔU, temperatura i objętość.
Dam Ci docelową zmianę energii wewnętrznej — dobierz przemianę i energię (suwak), by ją uzyskać. ΔU = Q + W.
Co się właśnie stało?
Przy zablokowanym tłoku (stała objętość) całe dostarczone ciepło poszło w energię wewnętrzną — temperatura wzrosła, ale gaz nie wykonał żadnej pracy.
Pierwsza zasada termodynamiki:
to bilans energii dla gazu. Zmiana energii wewnętrznej równa się sumie dostarczonego ciepła i pracy wykonanej nad gazem:
Energia nie ginie — może wejść jako ciepło (Q) lub jako praca (W) i objawić się jako wzrost energii wewnętrznej (a więc temperatury).
Cztery przemiany:
izochoryczna (stała objętość): W = 0, całe ciepło → ΔU (temperatura rośnie);
izobaryczna (stałe ciśnienie): gaz rozpręża się i wykonuje pracę, część ciepła idzie na pracę;
izotermiczna (stała temperatura): ΔU = 0, dostarczone ciepło zamienia się w całości w pracę gazu;
adiabatyczna (bez wymiany ciepła, Q = 0): ΔU = W — sprężanie ogrzewa, rozprężanie chłodzi.
Po co Ci to na maturze:
bilans ΔU = Q + W i rozpoznawanie przemian to rdzeń termodynamiki. Chwyt: ustal, co jest zerem (W przy izochorycznej, ΔU przy izotermicznej, Q przy adiabatycznej) — reszta wynika z bilansu.
Zapamiętaj: energia wewnętrzna gazu zmienia się przez ciepło i pracę: ΔU = Q + W. To zasada zachowania energii w wydaniu cieplnym.
Teoria i wzory
Bilans energii
Zmiana energii wewnętrznej gazu równa się sumie dostarczonego ciepła i pracy wykonanej nad gazem:
Cztery przemiany
- izochoryczna (): , więc — całe ciepło idzie na wzrost temperatury,
- izobaryczna (): praca nad gazem ,
- izotermiczna (): , więc ,
- adiabatyczna (): — sprężanie ogrzewa gaz, rozprężanie ochładza.
Energia wewnętrzna
Dla gazu doskonałego zależy tylko od temperatury — wzrost oznacza wzrost .
Oznaczenia: — zmiana energii wewnętrznej, — ciepło dostarczone gazowi, — praca wykonana nad gazem, — ciśnienie, — zmiana objętości, — temperatura.
Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.
Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.
Najczęstsze pytania
›Jak brzmi pierwsza zasada termodynamiki?
Zmiana energii wewnętrznej gazu równa się sumie dostarczonego ciepła i pracy wykonanej nad gazem: ΔU = Q + W.
›Co dzieje się z ciepłem w przemianie izochorycznej?
Gaz nie wykonuje pracy (W = 0), więc całe ciepło zwiększa energię wewnętrzną i temperaturę.
›Co to przemiana adiabatyczna?
Przemiana bez wymiany ciepła (Q = 0) — wtedy ΔU = W: sprężanie ogrzewa gaz, a rozprężanie go ochładza.