ویکی‌پدیا

قانون اول ترمودینامیک: تفاوت میان نسخه‌ها

نمایش تاریخچه به صورت تعاملی
→ تفاوت قدیمی‌ترتفاوت جدیدتر ←
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
دیداریویکی‌متن
Rezaroozbahani (بحث | مشارکت‌ها)
۱۳ ویرایش‌ها
بدون خلاصۀ ویرایش
برچسب: نیازمند بازبینی
ترجمه ماشینی
خط ۱:
{{ترمودینامیک}}
{{بدون منبع}}
'''قانون اول ترمودینامیک''' که به عنوان [[قانون بقای کار و انرژی]] نیز شناخته می‌شود، می‌گوید که حالت تعادل ماکروسکوپی یک [[سیستم]] با کمیتی به نام انرژی درونی (U) بیان می‌شود. انرژی درونی دارای خاصیتی است که برای یک سیستم منزوی (ایزوله) داریم:
<center>U=مقدار ثابت</center>
 
اگر به سیستم اجازهٔ برهم‌کنش با [[محیط]] داده شود، سیستم از حالت ماکروسکوپی اولیهٔ خود به حالت ماکروسکوپی دیگری منتقل می‌شود که تغییر انرژی درونی را برای این تحول (فرآیند) می‌توان به شکل زیر نشان داد:
تاریخچه
 
<center><math>\Delta{U}=Q-W</math></center>
 
که در این فرمول W، کار ماکروسکوپی انجام شده توسط سیستم در برابر نیروی خارجی و Q مقدار گرمای جذب شده توسط سیستم در طی این فرآیند است.
فرایند توسعه از قانون اول ترمودینامیک از طریق آزمایش بسیار تحقیقی و خطا در طی یک دوره از حدود نیم قرن بود. اولین اظهارات کامل از قانون در سال 1850 از رودلف کلاوزیوس و از ویلیام رانکین آمد. بیانیه رانکین را شاید نه کاملا به عنوان واضح و متمایز به عنوان کلاوزیوس بود. [1] یکی از جنبه های اصلی مبارزه بود برای مقابله با نظریه کالری قبلا ارائه شده از گرما.
ژرمن هس در سال 1840 یک قانون حفاظت برای به اصطلاح 'گرمای واکنش' برای واکنش های شیمیایی اعلام کرد. [2] قانون او بعدها به عنوان یک نتیجه از قانون اول ترمودینامیک به رسمیت شناخته شد، اما بیانیه هس را به صراحت با رابطه نگران نمی بین مبادلات انرژی توسط گرما و کار.
با توجه به Truesdell (1980)، ژولیوس رابرت فون مایر در سال 1841 ساخته شده بیانیه ای که بدان معنی است که "در یک فرایند در فشار ثابت، حرارت مورد استفاده برای تولید گسترش جهانی interconvertible با کار است"، اما این بیانیه به طور کلی از اول قانون. [3] [4]
 
 
 
اظهارات مقاله: "رویکرد ترمودینامیکی"
 
 
اصلی اظهارات قرن نوزدهم از قانون اول ترمودینامیک در یک چارچوب مفهومی است که در آن انتقال انرژی به صورت گرما به عنوان یک مفهوم اولیه، تعریف نشده و یا ساخته شده توسط توسعه نظری چارچوب گرفته شده است به نظر می رسد، بلکه پیش فرض به عنوان قبل از آن و در حال حاضر پذیرفته شده است. مفهوم اولیه از حرارت گرفته شده است به عنوان تجربی تاسیس، به ویژه از طریق گرماسنجی در نظر گرفته به عنوان یک موضوع در حق خود، قبل از ترمودینامیک. به طور مشترک ابتدایی با این مفهوم حرارت مفاهیم دما تجربی و تعادل گرمایی بود. این چارچوب یک مفهوم انرژی به طور کلی فرض نیست، اما به عنوان مشتق شده و یا سنتز از مفاهیم قبل از گرما و کار. با یک نویسنده، این چارچوب تا به رویکرد "ترمودینامیکی" نامیده شده است. [5] اولین بیانیه صریح و روشن از قانون اول ترمودینامیک، توسط رودلف کلاوزیوس در سال 1850، به فرآیندهای ترمودینامیکی چرخه نامیده شد.
 
در تمام موارد که در آن کار با آژانس از حرارت تولید شده، یک مقدار از گرما مصرف است که متناسب با کار انجام شده. و برعکس، با هزینه یک مقدار برابر از کار مقدار مساوی از حرارت تولید می شود. [6]
 
کلاوزیوس همچنین قانون در شکل دیگری اظهار داشت، با اشاره به وجود یک تابع از حالت سیستم، انرژی داخلی، و آن را از نظر یک معادله دیفرانسیل برای افزایش یک فرایند ترمودینامیکی بیان شده است. [7] این معادله ممکن است شرح داده شده به شرح زیر است:
در یک فرایند ترمودینامیکی شامل یک سیستم بسته، افزایش در انرژی داخلی به تفاوت بین گرمای انباشته شده توسط سیستم و کار انجام شده توسط آن برابر است.
 
از آنجا که از تعریف آن از نظر افزایش، ارزش انرژی داخلی یک سیستم منحصر به فرد تعریف شده است. این است تنها تا ثابت افزودنی خودسرانه از ادغام، که می توان تنظیم را به مرجع خودسرانه صفر سطوح تعریف شده است. این غیر منحصر به فرد در همراهی با طبیعت انتزاعی ریاضی از انرژی داخلی است.انرژی داخلی است عادی بیان نسبت به انتخاب دولت مرجع استاندارد معمولی از سیستم.
مفهوم انرژی داخلی است که توسط Bailyn در نظر گرفته از "علاقه زیادی" باشد. مقدار آن می تواند بلافاصله نمی توان اندازه گیری، اما تنها می توان استنباط، توسط تفاضل اندازه گیری واقعی فوری. Bailyn آن تشبیه به ایالات انرژی از یک اتم، که توسط رابطه انرژی بور hν = En ' ' − En '. نشان داد شد' - انگلیسی. در هر مورد، مقدار بی اندازه (انرژی داخلی، سطح انرژی اتمی) با در نظر گرفتن تفاوت از مقادیر اندازه گیری شده نشان داد (افزایش انرژی داخلی، مقدار ساطع یا جذب انرژی تابشی. [8]
 
 
نسخه مفهومی: "رویکرد مکانیکی"
 
 
 
در سال 1907، جورج اچ برایان نوشت: در مورد سیستم های بین که هیچ انتقال ماده (سیستم بسته) وجود دارد:. "تعریف هنگامی که انرژی جریان از یک سیستم و یا بخشی از یک سیستم به دیگری در غیر این صورت نسبت به عملکرد کار مکانیکی، انرژی بنابراین انتقال نامیده می شود گرما. "[9]
 
تا حد زیادی از طریق نفوذ ماکس بورن، [10] در قرن بیستم، این رویکرد مفهومی تجدید نظر به تعریف گرما آمد و توسط بسیاری از نویسندگان، از جمله کنستانتین کاراتئودوری ترجیح داده می شود. این ممکن است به نام "رویکرد مکانیکی". [11] این رویکرد را به عنوان انرژی مفهوم ابتدایی خود را به عنوان کار تعریف شده توسط مکانیک منتقل شده است. از این رو، مشتق مفاهیم انتقال انرژی به صورت گرما، و دما، به عنوان تحولات نظری است. این مورد گرماسنجی به عنوان یک نظریه مشتق شده است. این منشاء در اوایل قرن نوزدهم، به عنوان مثال در کار هلمهولتز، [12] بلکه در کار بسیاری دیگر. [5] برای این رویکرد، لازم است تا مطمئن شوید که اگر انتقال انرژی وجود دارد مرتبط با انتقال ماده، سپس انتقال انرژی به غیر از انتقال از ماده است که توسط یک مسیر جسمی جداگانه، و به طور مستقل تعریف و اندازه گیری، از انتقال انرژی توسط انتقال از ماده.
 
 
با توجه به رویکرد مکانیکی، مفهومی بیانیه تجدید نظر
 
 
ر این بیانیه تجدید نظر قانون مفاهیم کار مکانیکی بی دررو طول می کشد، و از انتقال غیر آدیاباتیک از انرژی، به عنوان مفاهیم اولیه تجربی یا نظری تاسیس. این در مفهوم اولیه از دیوار، به خصوص دیوارهای بی دررو استوار، پیش فرض به عنوان جسمی تاسیس. انرژی می تواند مانند دیوار به عنوان تنها کار بی دررو عبور، برگشت پذیر یا برگشت ناپذیر. اگر انتقال انرژی به عنوان کار بین آنها مجاز نیست، دو سیستم از هم جدا شده دیوار آدیاباتیک می تواند به ایالات خود مربوطه داخلی مکانیکی و مواد ترمودینامیکی تعادل به طور کامل مستقل از یکدیگر می آیند. [13]
 
در این بیانیه تجدید نظر قانون ادعا که تغییر در انرژی داخلی یک سیستم با توجه به روند دلخواه از علاقه، که طول می کشد در سیستم را از اولیه مشخص خود را به حالت نهایی مشخص خود را از تعادل ترمودینامیکی داخلی، می تواند از طریق وجود فیزیکی تعیین از یک فرایند مرجع، برای کسانی که ایالات مشخص شده، که صرفا از طریق مراحل کار بی دررو رخ می دهد.
در این بیانیه تجدید نظر است پس از آن
برای یک سیستم بسته، در هر فرآیند خودسرانه از تمایل که طول می کشد از اولیه به یک حالت نهایی تعادل ترمودینامیکی داخلی، تغییر انرژی درونی همان است که برای یک فرایند بی دررو کار مرجع است که لینک آن دو کشور است. این است که بدون در نظر گرفتن راه روند بهره و صرف نظر از اینکه آن بی دررو یا یک فرایند غیر آدیاباتیک است.روند کار بی دررو مرجع ممکن است خودسرانه از میان کلاس از همه فرآیندهای انتخاب شده است.
 
در این بیانیه بسیار کمتر نزدیک به پایه های تجربی نسبت به اظهارات اصلی [14] است، اما اغلب به عنوان مفهومی صرفه جو است که در آن تنها بر مفاهیم کار بی دررو و فرآیندهای غیر آدیاباتیک استوار است، نه بر مفاهیم انتقال در نظر گرفته انرژی به صورت گرما و دما تجربی که توسط اظهارات اصلی پیش فرض. تا حد زیادی از طریق نفوذ ماکس بورن، آن است که اغلب به دلیل این خست مفهومی به عنوان نظری ترجیح داده. متولد خصوص معتقد است که رویکرد تجدید نظر اجتناب فکر در شرایط از آنچه که او "مهندسی وارداتی" مفهوم موتورهای گرما می نامد. [10]
 
پایگاه تفکر خود را بر روی روش های مکانیکی، در سال 1921 متولد، و دوباره در سال 1949، پیشنهاد به تجدید نظر در تعریف گرما. [10] [15] به طور خاص، او به کار کنستانتین کاراتئودوری، که در سال 1909 مراجعه کرده بود اظهار داشت اولین . قانون بدون تعریف مقدار حرارت [16] تعریف متولد به طور خاص برای انتقال انرژی بدون انتقال ماده بود، و آن را به طور گسترده ای تشریح شده در کتاب های درسی (نمونه: [17] [18] [19]). متولد مشاهده می کند که انتقال ماده بین دو سیستم با یک انتقال انرژی داخلی است که می تواند به اجزای گرما و کار حل شود همراه است. می تواند مسیر به سیستم های دیگر، فضایی از آن انتقال ماده جداگانه، که اجازه می دهد گرما و کار انتقال مستقل از و همزمان با انتقال ماده وجود دارد. انرژی در نقل و انتقال حفاظت.
 
توصیف
 
 
 
قانون اول ترمودینامیک برای یک سیستم بسته به دو روش توسط کلاوزیوس بیان شد. یکی از راه های مراجعه کننده به فرآیندهای چرخه و ورودی و خروجی از سیستم، اما در دولت های داخلی از این سیستم را به افزایش مراجعه نمی کند. راه دیگر مراجعه کننده به هر گونه تغییر تدریجی در دولت های داخلی از سیستم، و انتظار نداشتند روند به چرخه.فرآیند چرخه ای که می تواند تکرار شود و بی نهایت اغلب هنوز هم در نهایت ترک سیستم در حالت اصلی خود است.
 
در هر تکرار یک فرایند چرخه ای، کار انجام شده توسط سیستم متناسب با حرارت مصرف شده توسط سیستم است. در یک فرایند چرخه ای که در آن سیستم کار در اطراف آن، لازم است که برخی از گرما در توسط سیستم گرفته شده و برخی را از، و تفاوت حرارت مصرف شده توسط سیستم در فرایند است.ثابت جهانی و مستقل از سیستم است و توسط جیمز ژول در سال 1845 و 1847، که از آن به عنوان معادل مکانیکی حرارت توصیف اندازه گیری شد.
برای یک سیستم بسته، در هر فرآیند، تغییر در انرژی داخلی است که به علت ترکیبی از گرمای اضافه شده به سیستم و کار انجام شده توسط سیستم در نظر گرفته. با توجه به تغییر در انرژی داخلی، یک می نویسد
 
که در آن و مقدار حرارت محیط اطراف خود و از کار انجام شده توسط سیستم در اطراف آن، به ترتیب به سیستم عرضه می باشد. این کنوانسیون علامت ضمنی در بیانیه ای کلاوزیوس 'از قانون داده شده در بالا است، و سازگار با استفاده از ترمودینامیک به مطالعه موتورهای گرما، که ارائه کار مفید است که به عنوان مثبت در نظر گرفته است.
در سبک مدرن آموزش علم، با این حال، آن مرسوم به استفاده از کنوانسیون IUPAC است که توسط آن قانون اول است از نظر کار انجام شده بر روی سیستم فرموله شده است. با استفاده از این کنوانسیون علامت جایگزین برای کار، قانون اول برای یک سیستم بسته ممکن است نوشته شده است :[20]
 
 
ΔU= Q+W
 
 
 
 
این کنوانسیون به شرح زیر فیزیکدانان مانند ماکس پلانک، [21]
تمام نقل و انتقالات خالص انرژی به سیستم به عنوان مثبت و تمام نقل و انتقالات انرژی خالص از سیستم به عنوان منفی و هر گونه استفاده برای سیستم به عنوان یک موتور یا دستگاه دیگر،
بدون در نظر گرفتن این پارامتر که یک سیستم گسترش می یابد،
در یک فرایند غیرواقعی ،
کار انجام شده توسط سیستم در مورد محیط زیست محصول، P DV، فشار، P، و تغییر حجم، DV است،
در حالی که کار انجام
شده بر روی سیستم -P DV است.
با استفاده از هر قرارداد علامت برای کار، تغییر در انرژی داخلی سیستم است:
dU=δQ-pδV
 
که در آن δQ نشان دهنده افزایش بینهایت کوچک از گرما عرضه شده به سیستم را از محیط اطراف آن است.
 
کار و گرما عبارات از فرآیندهای فیزیکی واقعی عرضه و یا حذف از انرژی هستند، در حالی که U انرژی داخلی انتزاع ریاضی نگه می دارد که حساب از تبادل انرژی است که گریبانگیر سیستم است. بنابراین گرما مدت Q به معنی "آن مقدار از انرژی اضافه و یا حذف شده توسط هدایت گرما و یا تابش حرارتی"، به جای مراجعه به شکلی از انرژی در سیستم. به همین ترتیب، انرژی کار مدت W به معنی "آن مقدار از انرژی به دست آورد و یا از دست داده و در نتیجه کار". انرژی داخلی یک ویژگی از سیستم است در حالی که کار انجام شده و گرمای عرضه نیستند.نتیجه قابل توجهی از این تمایز این است که با توجه به داخلی ΔU تغییر انرژی را می توان با دست، در اصل، بسیاری از ترکیبات حرارت و کار.
 
 
 
 
<ref>منابع 1. ^ Jump up to: a b Truesdell, C. A. (1980). 2. Jump up ^ Hess, H. (1840). "Thermochemische Untersuchungen". Annalen der Physik und Chemie 126 (6): 385–404. doi:10.1002/andp.18401260620. 3. Jump up ^ Truesdell, C. A. (1980), pp. 157–158. 4. Jump up ^ Mayer, Robert (1841). Paper: 'Remarks on the Forces of Nature"; as quoted in: Lehninger, A. (1971). Bioenergetics – the Molecular Basis of Biological Energy Transformations, 2nd. Ed. London: The Benjamin/Cummings Publishing Company. 5. ^ Jump up to: a b c Bailyn, M. (1994), p. 79. 6. Jump up ^ Clausius, R. (1850), page 373, translation here taken from Truesdell, C. A. (1980), pp. 188–189. 7. Jump up ^ Clausius, R. (1850), page 384, equation (IIa.). 8. Jump up ^ Bailyn, M. (1994), p. 80. 9. Jump up ^ Bryan, G. H. (1907), p.47. Also Bryan had written about this in the Enzyklopädie der Mathematischen Wissenschaften, volume 3, p. 81. Also in 1906 Jean Baptiste Perrin wrote about it in Bull. de la société français de philosophie, volume 6, p. 81. 10. ^ Jump up to: a b c Born, M. (1949), Lecture V, pp. 31–45. 11. Jump up ^ Bailyn, M. (1994), pp. 65, 79. 12. Jump up ^ Helmholtz, H. (1847). 13. Jump up ^ Bailyn, (1994), p. 82. 14. ^ Jump up to: a b Pippard, A. B. (1957/1966), p. 15. According to Herbert Callen, in his most widely cited text, Pippard's text gives a "scholarly and rigorous treatment"; see Callen, H. B. (1960/1985), p. 485. It is also recommended by Münster, A. (1970), p. 376. 15. ^ Jump up to: a b Born, M. (1921). "Kritische Betrachtungen zur traditionellen Darstellung der Thermodynamik". Physik. Zeitschr 22: 218–224. 16. ^ Jump up to: a b c d e Carathéodory, C. (1909). 17. ^ Jump up to: a b c Münster, A. (1970), pp. 23–24. 18. ^ Jump up to: a b Reif, F. (1965), p. 122. 19. ^ Jump up to: a b c Haase, R. (1971), pp. 24–25. 20. Jump up ^ Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry (IUPAC Green Book) See Sec. 2.11 Chemical Thermodynamics 21. Jump up ^ Planck, M. (1897/1903). Treatise on Thermodynamics, translated by A. Ogg, Longmans, Green & Co., London., p. 43</ref>
 
 
== نمادگذاری ==
=== شیمی و فیزیک ===
چون در [[شیمی]] و [[فیزیک]] سیستم مورد توجه است، گرما و کاری که به سیستم داده می‌شود مورد نظر ماست و انرژی درونی را Q+W در نظر می‌گیریم. (سیستم را بسته، در حالت سکون و در غیاب میدان‌ها در نظر می‌گیریم)
 
:<math>\mathrm{d}U=\delta Q-\delta W\,</math>
که در آن
:<math>\mathrm{d}U</math> یک افزایش [[بی‌اندازه کوچک]] در انرژی درونی سیستم است،
:<math>\delta Q</math> یک مقدار بی‌اندازه کوچک از گرما که به سیستم افزوده می‌شود،
:<math>\delta W</math> یک کار بی‌اندازه کوچک که بر روی سیستم انجام می‌شود و
:<math>\delta</math> نماد [[دیفرانسیل]] است.
در واقع تعریف قانون اول چنین است :
اگر به سیستمی گرما داده شود و یا از آن گرما گرفته شود، انرژی درونی سیستم تغییر خواهد نمود که حاصل آن کار انجام شده توسط سیستم و یا کار مورد نیاز سیستم برای تغییر انرژی درونی خواهد بود .
 
== جستارهای وابسته ==
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/wiki/قانون_اول_ترمودینامیک»