Principiul I al Termodinamicii

INTRODUCERE

Principiul I al termodinamicii cunoscut şi ca principiul conservării energiei reprezintă în formularea sa cea mai generală extinderea principiului echivalenţei asupra tuturor formelor de energie ( energie mecanică, termică, electrică, radiantă).

în formularea sa cea mai generală acest principiu poate fi enunţat ca principiul conservării energiei sau al indistructibilitaţii energiei, al unitaţii energiei şi al echivalenţei dintre diferitele sale forme. Primele încercări de a stabili o dependenţă între căldura în procesul frecării şi lucrul mecanic consumat aparţin lui Rumford.

Formularea cea mai generală a fost data de Robert Mayer în 1842: „energia nu poate fi creată din nimic şi nu poate fi anihilată. Dacă dispare o energie de un fel în locul ei apare o altă forma de energie”. în 1845 Joule publicărezultatele experienţelor sale efectuate în perioada 1840-1845 privitor la echivalenţa lucrului mecanic şi a energiei. Davy şi Tyndal au realizat experienţe ţn care se putea genera căldura prin frecare. Mayer a concluzionat acest principiu al echivalenţei sub forma :”căldura este proporţională cu lucrul mecanic care a generat-o iar lucrul mecanic produs este proporţional cu cantitatea de căldură dispărută”. O consecinţă a principiului conservării energiei se poate exprima sub forma „diferitele forme de energie se transform una ăn alta în proporţii riguros echivalente”. În consecinţă „în orice sistem izolat conţinutul total de energie se menţine constant”.

Stabilirea experimentală a echivalenţei dintre energia termică şi cea mecanică a fost realizată de către Joule şi Mayer, care au dedus, independent, echivalentul mecanic al caloriei:

J=P∆V/(C_P-C_V )=const.=4,1868J/cal

„ Raportul dintre lucrul mecanic şi căldură este întotdeauna constant şi reprezintă echivalentul mecanic al caloriei ”. Mayer a stabilit că la încălzirea unui gram de aer cu 10C, travaliul efectuat P∆V împotriva presiunii externe în raport cu cantitatea de căldură corespunzătoare reprezintă echivalentul mecanic al caloriei. Una dintre cele mai precise măsuratori pentru echivalentul mecanic al caloriei a fost realizată de fizicianul român C. Miculescu în 1891.

FUNCŢII DE STARE INTRODUSE DE PRINCIPIUL I AL

TERMODINAMICII

ENERGIA INTERNĂ

Principiul I al termodinamicii introduce doua funcţii de stare şi anume energia internă şi entalpia .

Se presupune că un sistem trece din starea 1 în starea 2 pe o anumită cale I şi apoi revine la starea iniţială pe o cale II parcurgând un proces de energie transformare ciclică avem:

∆Q=-∆L

adică în condiţiile procesului ciclic:

Q1-Q2=L2-L1 sau

Q1 + Q2 = Q2 + L2 = ∆U=0

În cazul unei transformări neciclice în care starea iniţială este diferită de starea finală, suma dintre variaţia infinitezimală de căldură şi lucrul mecanic reprezintă variaţia energiei interne, adică:

δL+δQ=dU

dacă lucrul mecanic şi căldura sunt exprimate în aceleaşi unităţi.

Dacă se iau în consideraţie numai lucrul mecanic de expansiune se poate obţine o formă particulară a principiului:

δQ=dU+PdV

Energia interna reprezintă o insumare a energiilor rezultate din diferitele mişcărişi interacţiuni ce au loc în sistem. Ea este constituită din următoarele contribuţii:

□ energia moleculară de translaţie în gaze şi lichide.