Pierwsza zasada termodynamiki jest zasadą zachowania energii zastosowaną do układów cieplnych. Mówi, że zmiana energii wewnętrznej układu zależy od ciepła wymienionego z otoczeniem oraz pracy wykonanej przez układ lub nad układem.
Energia wewnętrzna
Energia wewnętrzna oznaczana jest zwykle symbolem U. Jest związana z ruchem i oddziaływaniami cząsteczek w danym obiekcie, gazie lub układzie. Jej zmiana zapisywana jest jako ΔU.
Jeżeli energia wewnętrzna pozostaje niezmienna, to:
ΔU = 0
Oznacza to, że układ nie gromadzi dodatkowej energii ani jej nie traci w postaci zmiany energii wewnętrznej.
Ciepło i praca
W jednej z często stosowanych konwencji zapisuje się:
ΔU = Q + W
Gdzie:
- Q – ciepło dostarczone do układu,
- W – praca wykonana nad układem,
- ΔU – zmiana energii wewnętrznej.
Jeśli ΔU = 0, to:
Q + W = 0, czyli W = -Q.
Oznacza to, że jeśli nad obiektem wykonano pracę, a jego energia wewnętrzna się nie zmieniła, to obiekt musi oddać do otoczenia równoważną ilość ciepła.
Wniosek egzaminacyjny
Jeżeli energia wewnętrzna obiektu pozostaje stała, to praca wykonana nad obiektem jest równa ciepłu, które obiekt oddaje otoczeniu.
To właśnie odpowiada sytuacji, w której energia doprowadzona przez pracę nie zwiększa energii wewnętrznej, lecz zostaje odprowadzona jako ciepło.