Lernziel
- Beschreiben Sie den ersten Hauptsatz der Thermodynamik
Schlüsselpunkte
- Gemäß dem ersten hauptsatz der Thermodynamik, die Gesamtmenge an Energie im Universum ist konstant.
- Energie kann von Ort zu Ort übertragen oder in verschiedene Formen umgewandelt werden, aber sie kann nicht erzeugt oder zerstört werden.,
- Lebende Organismen haben sich entwickelt, um Energie aus ihrer Umgebung in Formen zu erhalten, die sie übertragen oder in nutzbare Energie umwandeln können, um Arbeit zu leisten.
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- workA maß für energie verbraucht durch bewegen eines objekts, in der regel als kraft mal abstand. Es wird keine Arbeit ausgeführt, wenn sich das Objekt nicht bewegt.
- erster Hauptsatz der Thermodynamikeine Version des auf thermodynamische Systeme spezialisierten Energieerhaltungsgesetzes, die besagt, dass die Energie eines isolierten Systems konstant ist und weder erzeugt noch zerstört werden kann.,
Thermodynamik ist die Untersuchung von Wärmeenergie und anderen Arten von Energie, wie Arbeit, und die verschiedenen Möglichkeiten, wie Energie innerhalb chemischer Systeme übertragen wird. „Thermo -“ bezieht sich auf Wärme, während „Dynamik“ sich auf Bewegung bezieht.
Der erste Hauptsatz der Thermodynamik
Der erste Hauptsatz der Thermodynamik befasst sich mit der Gesamtenergiemenge im Universum. Das Gesetz besagt, dass diese Gesamtmenge an Energie konstant ist. Mit anderen Worten, es gab und wird immer genau die gleiche Menge an Energie im Universum geben.
Energie existiert in vielen verschiedenen Formen., Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik kann Energie von Ort zu Ort übertragen oder zwischen verschiedenen Formen verändert werden, sie kann jedoch nicht erzeugt oder zerstört werden. Die Transfers und Transformationen von Energie finden die ganze Zeit um uns herum statt. Zum Beispiel verwandeln Glühbirnen elektrische Energie in Lichtenergie und Gasöfen verwandeln chemische Energie aus Erdgas in Wärmeenergie. Pflanzen führen eine der biologisch nützlichsten Energieumwandlungen auf der Erde durch: Sie wandeln die Energie des Sonnenlichts in die chemische Energie um, die in organischen Molekülen gespeichert ist.,
Das System und die Umgebung
Die Thermodynamik unterteilt das Universum häufig in zwei Kategorien: das System und seine Umgebung. In der Chemie bezieht sich das System fast immer auf eine bestimmte chemische Reaktion und den Behälter, in dem es stattfindet. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik sagt uns, dass Energie weder erzeugt noch zerstört werden kann, so dass wir wissen, dass die Energie, die in einer endothermen chemischen Reaktion absorbiert wird, aus der Umgebung verloren gegangen sein muss., Umgekehrt wird in einer exothermen Reaktion die Wärme, die in der Reaktion freigesetzt wird, abgegeben und von der Umgebung absorbiert. Erklärt mathematisch, haben wir:
\Delta E=\Delta E_{sys}+\Delta E_{surr}=0
Wärme und Arbeit
Wir wissen, dass chemische Systeme entweder Wärme aus ihrer Umgebung aufnehmen können, wenn die Reaktion endotherm ist, oder Wärme an ihre Umgebung abgeben können, wenn die Reaktion exotherm ist. Chemische Reaktionen werden jedoch häufig verwendet, um zu arbeiten, anstatt nur Wärme auszutauschen. Wenn beispielsweise Raketentreibstoff brennt und ein Space Shuttle vom Boden abhebt, führt die chemische Reaktion durch Antreiben der Rakete dazu, dass eine Kraft über eine Entfernung ausgeübt wird.,
Wenn Sie jemals ein Video eines Space Shuttles gesehen haben, das abhebt, setzt die auftretende chemische Reaktion auch enorme Mengen an Wärme und Licht frei. Eine weitere nützliche Form des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik betrifft Wärme und Arbeit für die Energiewende des internen Systems:
\Delta E_{sys}=Q+W
Während diese Formulierung in der Physik häufiger verwendet wird, ist es für die Chemie immer noch wichtig zu wissen.,
